使用LS-Dyna进行爆破仿真分析 附LS-DYNA使用指南中文版本下载

一、学术背景

早在2008，军械工程学院的米双山就基于流固耦合方法采用LS-DYNA进行了爆炸仿真分析。随着研究不断进步，人们陆续将流固耦合运用至相关领域。郭君等人提出了基于场分离的水下爆炸流固耦合计算方法。刘东岳等人将固耦合应用至舰艇舰艇抗水下爆炸的实践中。

爆炸问题的仿真分析在爆炸力学研究中正在发挥着日益重要的作用，LS-DYNA程序作为分析非线性冲击动力问题的有效工具，可用来成功地模拟各种介质中的爆炸过程及各类工程爆破过程。

利用LS-DYNA分析爆炸问题，可采用Lagrange算法，但是在大变形数值计算中，常会出现单元畸变现象。特别是当划分单元的形状不规则时，这种现象尤为突出。对于轴对称爆炸问题，可以考虑采用SHELL单元轴对称算法公式（即ANSYS/LS-DYNA中2D-SOLID162单元轴对称选项），结合自适应网格划分技术进行分析。

也可采用ALE方法及多物质流固耦合方法分析爆炸问题，对空气、土壤、水以及破坏后的岩石采用ALE网格，对其他的固体结构采用Lagrange网格。利用这一方法，由于材料物质在网格中可以流动，因此不存在单元畸变问题。在LS-PREPOST后处理程序中，可通过显示网格中各种物质占有的体积分数来得到不同物质之间的界面。可观察到土体中爆炸地表的鼓包现象等（见后面的分析实例）。

LS-DYNA程序提供了用于模拟炸药作用的数值模型，即高能炸药材料模型结合一个描述爆生气体压力-体积关系的状态方程模型。

*MAT_HIGH EXPLOSIVE BURN

*INITIAL DETONATION

LS-DYNA程序描述高能炸药爆轰产物压力-体积关系采用JWL状态方程（*EOS_JWL）：

本案例旨在模拟一个带围岩的隧道爆破过程。模型分为5部分，包括岩石层、主体建筑物内层与外层、中间的空气层以及

三、网格模型

包壳、空气1、空气2采用3D_Solid网格划分。其中包壳、空气1、空气2的网格采用共节点的方式连接。

四、材料定义

本模型中需要定义4 种材料，分别如下表所示。

五、属性设置

六、材料属性赋予

七、添加载荷

本案例中，载荷的添加较为简单，仅仅需要添加启动高爆炸药爆炸的位置，对应的关键字为*INITIAL DETONATION。

八、添加边界条件

如插秧机案例所述，要模拟无限元的边界，必将定义无反射边界条件。 无反射边界条件 ，添加6个面为无反射边界条件

九、定义接触

在模型中，存在基于Lagrange算法的实体单元与基于ALE算法的实体单元的接触，因此需要定义流固耦合关键字。注意正确选择主从关系，ALE为主，Lagrange为从。

1、岩石的接触

2、空气与岩石的接触（ 同上 ）

3、空气与建筑层的接触（同上） 

十、添加多物质运动

本模型中存在三种流体物质：空气、，分别如下图所示添加即可

十一、输出关键字定义

十二、求解结果展示

岩石层的形变

空气密度

建筑层位移 建筑层应力

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