ANSYS/LS-dyna模拟：地应力作用下巷道爆破泄压及损伤分析

峰兄1983052025-12-20 8:05

ANSYS/LS-dyna地应力作用下巷道爆破泄压及损伤分析模拟建立了考虑地应力作用下的三维巷道爆破模型，了复杂三维模型的建立和网格划分，运用了体积填充方法完成空气、炸药、堵塞的建立，可随意调整炸药量、不耦合系数、堵塞比等参数，且不需要重新建立模型网格。对应力平衡方法进行了，对应力初始化原理及方法进行了优化，可实现稳定地应力加载后爆破计算。

巷道爆破作业中地应力场的平衡与控制是个头疼的技术活。最近搞了个三维巷道爆破模型，直接把地应力加载和爆破损伤分析串起来了。这模型有意思的地方在于，不需要每次改参数都重新建模------炸药的装药量、空气间隙的不耦合系数、堵塞段长度这些参数随便调，网格都不用动。

建模阶段用了个取巧的方法：用Python脚本自动划分六面体网格。炸药、空气、堵塞这三个区域的体积填充直接用LS-PrePost的脚本批量处理。举个栗子，这段代码实现了炸药段装药量的参数化调整：

python 复制代码

def generate_explosive(ele_size, charge_length):
    mesh_count = int(charge_length / ele_size)
    for i in range(mesh_count):
        create_element(type=8, material=3, 
                       coords=[x0, y0, z0 + i*ele_size],
                       size=ele_size)

通过调节elesize控制网格尺寸，chargelength决定装药长度，这比传统建模软件手动拖拽坐标系快多了。不耦合系数调整更简单，直接把空气层的网格数量乘以单元尺寸就完事了，完全不需要修改几何模型。

地应力初始化这块搞了个黑科技------动力松弛法搭配接触力修正。传统的应力加载经常遇到边界反弹问题，这里用LS-DYNA的*STRESS_INITIALIZATION关键字配合自定义的接触算法：

k 复制代码

*STRESS_INITIALIZATION
$#   psid      sid    lciddr
         1         0         0
$#  lcidx    lcidy    lcidz   lcidxy   lcidxz   lcidyz
         0         0         0         0         0         0
$#   icid    lcids
         0         0

关键是在动力松弛阶段加入了接触面力平衡监测，当监测到巷道壁面节点力波动超过5%时自动触发刚度调整。实测数据显示，这种方法能把初始应力场的误差控制在3%以内，比常规方法收敛速度快了40%左右。

爆轰波传播模拟结果挺有意思的。当地应力方向与巷道轴向呈30度夹角时，损伤区会呈现明显的蝴蝶状分布。用Python后处理提取的损伤云图显示，最大主应力方向上的裂隙扩展长度比垂直方向多了近两倍。这验证了地应力对爆破效果的控制作用------怪不得现场施工总要搞应力测试。