不同位置条件下减震沟减震效应的数值模拟.pdf

2 0 1 0 年4 月不同位置条件下减震沟减震效应的数值模拟郭涛等 不同位置条件下减震沟减震效应的数值模拟’ 郭涛高振儒范磊扬力 解放军理工大学工程兵工程学院 江苏南京，2 1 0 0 0 7 [ 摘要] 文章通过采用A N S Y S ／L S - D Y N A 计算软件，建立了三种位置条件下减震沟的数值模型，计算分析了减 震沟在不同位置条件下对其减震效应的影响规律。计算表明当减震沟与保护目标较近时，减震效果较好；当减震 沟与保护目标较远时，减震效果较差。 [ 关键词] 爆破振动减震沟数值模拟 [ 分类号] T D 2 3 5 ．1 4 1 引言 爆破引起的振动经常会对爆破施工场地附近的 建 构 筑物产生严重的危害效应，如何有效控制爆 破振动是爆破作业时必须考虑的问题。针对爆破振 动的特点及传播规律，工程界已采用多种有效措施 来控制和降低爆破引起的振动，开挖减震沟作为一 种行之有效的方法，在控制爆破振动时被广泛采用。 减震沟减震作用主要是隔阻和干扰爆破地震波的传 播，当爆破地震波通过减震沟时将发生反射和绕射， 加快了爆破地震波的衰减，从而使其强度得以降 低川。由于爆破地震波传播机理的复杂性，要进行 大规模重复的爆破现场试验受到地形、环境以及资 金等各方面条件的限制，因此通过数值模拟的方法 来研究爆破地震的规律，将是工程爆破研究的一个 重要突破口。对于重要目标的爆破振动防护，减震 沟开挖位置的确定对减震效果的好坏起到了重要的 影响作用，因此通过对数值模型减震规律的分析研 究，将对减震沟的优化设计具有重要的指导意义。 2 计算步骤 2 ．1 状态方程【2 1 1 J W L 状态方程 使用J W L 状态方程模拟炸药爆轰过程中压力 和比容的关系 p A t 一希 e - R t V 男 卜南 e - R 2 v 字 1 式中A ，曰，足l ，R 2 ，∞材料常数； P 压力； y 相对体积； 晶- 初始比内能。 2 L I N E A RP O L Y N O M I A L 状态方程 使用L I N E A R P O L Y N O M I A L 状态方程表示单 位初始体积内能的线性关系，压力值表示为 P C o C l u C 2 u 2 C 3 I t , 】 c 4 C 5 Ⅱ C 6 u 2 E 2 式中c o ，C ，，c 2 ，c 3 ，c 4 ，G 和c 6 常数，如果式 中I ／, 0 ，则C 2 u 2 和c 6 u 2 两项设 置为0 。 其中 1 Ⅱ 寺一l 3 r 式中卜相对体积。 用于模拟气体状态方程时，各系数可设置为 C o C l C 2 C 3 C 6 0 c 4 c 5 y l 4 式中r _ 单位热值率。 则压力由下式给定 P y 1 旦E 5 p 0 式中卜压力单位。 2 ．2 参数的选择 在建立数值模型中共选择了4 种材料模型炸 药选择L S D Y N A 中自带的高性能材料木M A T H I G H _ E x P L O S ⅣE B U R N ，状态方程采用J W L 状态 方程；空气选择材料宰M A T _ N U L L ，状态方程选择书 E O S _ L I N E A R _ P O L Y N O M I A L 方程；岩石选择材料奉 M A l I V I S C O E L A S r l l C ；炮泥选择材料木M A T P L A S ． T I C K I N E M A T I C 。各材料参数设置见表1 ～表4 。 2 ．3 求解步骤 通过大型有限元程序A N S Y S 的前处理器建立 收稿日期2 0 0 9 - 0 9 - 0 3 作者简介郭涛 1 9 7 8 一 ，男。硕士，讲师，主要从事地雷与爆破器材应用技术的教学和科研工作。E m a i l g u o t a o g I I s i r , - ．c o r n 万方数据 ．8 爆破器材E x p l o s i v e M a t e r i a l s 第3 9 卷第2 期 表3 岩石材料参数 ／ g 氅- ， 贾黼泊松比／劂 1 啦0 S P a 力 ／期 1 0 端荔 实体模型，划分网格，建立有限元模型。为防止地震 波在边界面产生反射，将模型的三个侧面以及底面 设置为无反射边界。同时为减小模型的计算量，将 设置装药的侧面设定为对称边界。 将所有设定通过K 文件输出，用U l t r a E d i t 软件 打开K 文件，然后对文件进行修改用木S E C T I O N S O L I D A L E 关键字代替S E C T I O N S O L I D 关键 字，用于4 种材料的单元算法定义；添加用于控制 A L E 算法的木C O N T R O L A L E 关键字；添加关键字 A L E M U L T I M A T E R I A L G R O U P ；添加用于控 制起爆点的I N I T I A L D E T O N A T I O N 关键字；将炸 药材料模型木M A ，r - H I G H E X P L O S I V E B U R N 关键 字和状态方程宰E O S 一删L 关键字代替原先所假定 的炸药材料模型和状态方程。将修改后的K 文件 存盘，在A N S Y S 中调用L S ．D Y N A 9 7 0 求解器求解。 最后运行L S ．P R E P O S T 程序进行数据分析旧J 。 3 数值模拟 3 ．1 模型建立 首先建立基准模型，见图l ，其中岩石尺寸为 7 0 ．4 m 2 4 ．8 m 2 0 ．0 m 长宽高 ，上层空气为 7 0 ．4 m 2 4 ．8 m 1 ．6 m 。炸药尺寸为0 ．1 5 m 0 ．1 5 m 0 ．7 0 m ，炮泥尺寸为0 ．1 5 m 0 ．1 5 m 3 ．3 m ，减震 沟尺寸为3 m 8 m 5 m 宽深长 ，其中完全充 填空气材料，减震沟右侧边缘与爆心的垂直距离为 1 5 m ，爆心位于对称边界面上。由于对称边界的设 定，建模时只构建了岩石实际宽度方向的一半尺寸， 因此实际减震沟的分析长度为1 0m 。网格划分时， 炮泥和炸药的网格较密，岩石和空气在靠近炮泥和． 炸药部分的网格较密，而其它部位相对较疏。计算 时间设定为5 0m s ，每隔0 ．2r f l 产生1 个输出文件。 在基准模型的基础上，将减震沟分别向右移1 01 1 1 和 2 01 1 1 ，分别得到图2 和图3 两个模型，其材料尺寸与 基准模型完全一致，所用图形为模型的左视图。 图1 基准模型 图2 减震沟右移1 0 m 的数值模型 图3 减震沟右移2 0 m 的数值模型 3 ．2 对比分析 通过计算发现，模型的径向加速度值最大，因此 取模型中径向加速度的计算值为分析对象。将减震 沟右移2 0c m 数值模型的减震沟右侧区域岩石表面 不同位置的节点 位于对称边界面上 径向加速度 峰值与其它两种情况下相应位置的径向加速度峰值 进行比较，具体值见表5 、图4 。 通过对比可见，减震沟位置的不同对减震沟右 侧附近相应区域的加速度峰值产生了明显的影响。 当减震沟右移2 0 m 时，相对于基准模型，在爆心距 万方数据 2 0 1 0 年4 月不同位置条件下减震沟减震效应的数值模拟郭涛等 9 表5减震沟不同位置条件下加速度峰值对比 图4减震沟不同位置条件下加速度峰值对比图 3 8 ．2 m 时，减震率最大可达7 7 ．1 ％；但随着爆心距 的增大，减震沟右侧加速度峰值将逐步回升，当爆心 距达到5 0 m 时，三种情况下的峰值加速度值已比较 接近。因此，在开挖减震沟时，为了对目标起到更好 的减震保护，应该将减震沟开挖的位置更接近于保 护目标。 4 结论 通过对不同位置条件下减震沟减震效应的数值 模拟，可得到以下结论 1 数值模拟计算可以基本反映出地震波在介 质中的传播规律，可对工程实践中减震沟位置的优 化选取提供一定的指导； 2 减震沟位置的不同对保护目标的减震效果 不同，当减震沟与保护目标较近时，可对地震波的传 播起到明显的屏蔽作用； 3 当减震沟与保护目标较远时，地震波将会 通过绕射的方式逐渐绕过减震沟对其传播的影响， 并随着距离的增加而使加速度峰值逐渐变大，因此 在离减震沟较远处的减震效应较弱。 参考文献 [ 1 ] 方向，高振儒，龙源，等．减震沟对爆破震动减震效果 的实验研究[ J ] ．工程爆破，2 0 0 2 ，8 4 ．2 0 - 2 3 ． [ 2 ] L S ．D Y N AK E Y W O R D U S E R ’SM A N U A L [ M ] ．C a l i f o r - n i a L i v e r m o r eS o f t w a r eT e c h n o l o g yC o r p o r a t i o n ，2 0 0 3 ． [ 3 ] 时党勇，李裕春，张胜民．基于A N S Y S ／L S D Y N A8 ．1 进行显式动力分析[ M ] ．北京清华大学出版社， 2 0 0 5 ．9 2 。9 5 ． N u m e r i c a lS i m u l a t i o no fD a m p i n gE f f e c to fD a m p i n gD i t c h 耐t hD i f f e r e n tL o c a t i o n G U OT a o ，G A OZ h e n r u ，F A NL e i ，Y A N GL i E n g l n e s t i n gI n s t i t u t eo fE I l g i n e e rC o r p s ，P L AU n i v e r s i t yo fS c i e n c e ＆T e c h n o l o g y J i a n g s uN a n j i n g ，2 1 0 0 0 7 [ A B S T R A C T ] W i t hA N S Y S ／L S - D Y N As o f t w a r e ，t h r e ek i n d so fd a m p i n gd i t c hm o d e l sw i t hd i f f e r e n tl o c a t i o na r ee t a b - l i s h e d ．T h ed a m p i n gr u l ew h e nd a m p i n gd i t c h e sa r el o c a t e di nd i f f e r e n tw a y si sa n a l y z e di nt h i sp a p e r ．T h er e s u l t ss h o w t h a td a m p i n ge f f e c ti sb e t t e rw h e nd a m p i n gd i t c hc l o s e sw i t hp r o t e c t e do b j e c t ，v i c ev e r s a ． [ K E YW O R D S ] b l a s t i n gv i b r a t i o n ，d a m p i n gd i w h ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n J M ．1 电子雷管及其起爆系统通过科技成果鉴定 2 0 1 0 年2 月4 日，由工业和信息化部科技司组织、安全生产司主持召开了京煤化工“数码延期电雷管”科技成果鉴定会。 3 0 多位专家和代表听取了北京京煤化工有限公司的项目研制技术工作总结报告、用户使用报告和产品送检报告，并现场考察 了J M ．1 电子雷管的产品试制、性能测试情况和1 0 0 发电子雷管组网起爆试验。专家组认真审阅了技术文件、图纸和性能试验 的相关报告，经质疑、讨论，最终形成鉴定意见J M ．1 电子雷管项目技术可行，达到了国内先进水平，同意J M - 1 电子雷管及其 起爆系统通过设计定型鉴定。J M - l 电子雷管是先进的爆破控制技术与电子延期技术和传统的火工行业相结合的产物，其秒 量精度 极差 可达4 - 3n m ，可用于先进的爆破技术，能切实提高爆破效果、降低爆破危害。J M - 1 电子雷管的爆破网络采用串 联方式，不改变用户习惯，使用简便快捷；起爆系统采用双钥匙、双密码控制技术，内置起爆密码，并设计有自毁电路，确保了 电子雷管的使用安全和减少涉爆案件的发生；成本适中，经济和社会效益可观。 张关豪 万方数据