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

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导读：“隧道是公路、铁路等建设的重点和关键工程。随着铁路建设的发展和科技的进步，隧道开挖方法得到了迅猛发展。比较常用的开挖方法有钻爆法、盾构法和掘进机法。由于钻爆法对地质条件适应性强，开挖成本低，特别适用于坚硬岩石隧道、破碎岩石隧道及大量短隧道的施工，因此钻爆法仍是当前国内外常用的隧道开挖方法”——科普中国科学百科词条

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。

炸药材料模型采用如下的关键字来定义：

*MAT_HIGH EXPLOSIVE BURN

用于设置炸药起爆的位置及起爆时刻的关键字段如下：

*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）：