ANSYS/LS-DYNA在地震工程中的应用

近年在国内很流行的大型通用程序ANSYS不但具有强大的前后处理功能、丰富的单元类型和材料库,而且该软件中有一个LS-DYNA模块采用了粘性边界（viscous boundary）来模拟无限域的影响,从而可以方便地、较准确地进行地基动力作用分析.国外利用ANSYS/LS-DYNA进行地基动力作用分析非常普遍,而国内还未见到将ANSYS/LS-DYNA用于地震工程.本文将介绍如何利用ANSYS/LS-DYNA进行地基动力作用分析,同时,由于软件中用于模拟无限域的粘性边界精度较低,本文提出采用精度较高的粘-弹性边界替换粘性边界,从而改善了计算结果.     

空隙率对潜孔锤凿岩瞬态冲击过程的影响

潜孔锤的钻进过程是一个高度非线性、大变形、破碎岩石的过程,利用非线性有限元程序ANSYS/LS-DY-NA研究了在凿岩过程中,球齿凿入不同空隙率（塑性体积应变）岩石的冲击力特性。结果表明,岩石空隙率对钻头球齿与岩石之间的凿入冲击力幅值有很大影响,随着空隙率的增大,球齿凿入的冲击力显著减小,而对活塞与钻头间冲击力幅值影响甚微。通过ANSYS/LS-DYNA瞬态冲击数值模拟,形象地再现了潜孔锤钻凿系统冲击岩石发生侵入破坏的物理过程,为冲击碎岩瞬态研究提供了一个有效的分析方法。     

爆破地震作用下桩-土-结构相互作用的数值模拟

土-结构动力相互作用是地震工程和结构抗震的重要研究内容,但目前对爆破地震作用下土-结构动力相互作用的研究较少。运用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立了桩-土-结构相互作用体系的三维有限元模型,由桩尖输入实测爆破地震波,取得了良好的计算效果。计算结果表明：考虑桩-土-结构相互作用后,群桩基础中每个桩的位移、加速度和剪应力幅值均呈桩顶大、桩尖小的倒三角分布,桩与承台的接合部比较容易受到损坏;桩-土-结构相互作用体系在爆破地震波冲击后,还会发生几次振动,但是这些振动产生的影响要小于爆破地震产生的影响,这与实测结果相符合;爆破地震波冲击下,群桩基础中,角桩顶部表面的桩土接触压力较大,但在爆破地震波冲击后,中心桩顶部表面的桩土接触压力较大,且具有一定的周期性,直至衰减为零。     

基于纤维模型的钢筋混凝土结构动力弹塑性分析

采用纤维单元模型和实体单元模型对一个钢筋混凝土柱进行了动力弹塑性分析,结果表明,截面纤维模型能以很小的计算成本达到实体单元模型的计算精度,并且和试验结果拟合较好。同时,对一个3层钢筋混凝土框架结构进行的动力弹塑性分析表明,纤维单元模型能很好地解决各种非线性问题,适合于强震作用下结构整体动力弹塑性分析。     

基于ANSYS/LS-DYNA的新型带支撑泥石流拦挡坝抗冲击性能研究

以显示动力学和接触碰撞理论为基础,应用ANSYS/LS-DYNA程序,对常规的泥石流重力拦挡坝和带支撑的新型拦挡坝进行了单个球体撞击下的多参数数值模拟计算及对比分析。结果表明：无论有无支撑,混凝土坝身的破坏模式均为由撞击区域应力骤增导致的局部混凝土压碎,但支撑使坝身迎击面应力分布均匀,提高了材料利用率;支撑能够显著减小混凝土坝顶动位移,最大减幅在30%以上,甚至可达近65%,坝身刚度得到大幅度提高;当撞击高度一定时,支撑间距越小,混凝土坝顶动位移越小;若设置了支撑,则可适当减小混凝土坝身厚度,其减小比例以1/3为宜;撞击力主要由混凝土坝身承担,其刚度显著大于支撑总刚度;撞击高度越高或者支撑间距越小,则混凝土坝底支反力所占比重相对越低,支撑的加强作用也就越显著。     

网格对潜孔锤钻头球齿冲击过程数值模拟的影响

潜孔锤钻头冲击钻进的过程是一个高度非线性、大变形、破坏的过程。对这一复杂过程的研究，目前主要是利用实验方法。应用非线性显式三维有限元求解程序LS—DYNA3D，采用与岩石性质较接近的混凝土模型，对潜孔锤钻头硬质合金球齿冲击混凝土板的过程进行了仿真计算，讨论了不同网格尺寸对冲击力、冲击速度及破碎坑深度的影响等。     

切削齿型结构对金刚石钻头钻进性能影响的仿真分析

基于有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立了孕镶金刚石钻头的三维有限元模型,研究了钻头切削齿结构对钻进性能的影响并进行现场试验验证,提出了一种基于Image-Pro Plus的应力面积分布对比方式。结果表明：同心环齿型钻头在钻进初期沿旋转方向切削齿前缘出现应力集中现象,花齿型钻头未出现明显的应力集中;2种齿型钻头在钻进后期均会不同程度出现内外径边缘靠近水口部位应力集中现象,易导致钻头内外径部位变相磨损;花齿型钻头的钻进效率要优于同心环型钻头,但是钻进寿命有所下降。     

岩体爆生裂纹的数值模拟

利用广东岭澳核电站现场角岩岩体的基本动态力学特性和爆破参数,以及材料的Von Mises破坏准则,通过ANSYS/ LS-DYNA程序模拟了岩体单孔柱状装药的爆破破裂过程,分析了岩体爆破裂纹产生和扩展的机制,得到了岩体粉碎区和裂隙区的范围以及爆源近区岩体质点峰值压力的衰减规律。研究结果表明,岩体爆破粉碎区半径约为装药半径的6.5倍,裂隙区的半径约为装药半径的75倍,炸药起爆时粉碎区形成时间很短,大约为80 μs,而裂隙区的完全形成则需要较长的时间。