基于PBM-SPH耦合算法的立柱钻孔爆破数值模拟研究

摘要

钢筋混凝土立柱是建构筑物的主要承载构件，也是拆除爆破工程中接触最多的爆破对象，其爆破破碎效果直接影响拆除对象的可靠失稳倒塌。为真实再现钻孔爆破条件下炸药爆轰和立柱破碎的全过程，在LS-DYNA软件计算平台，采用PBM-SPH耦合算法结合1∶1物理模型试验，对炸药的爆轰过程、立柱的破碎特征和飞石的飞散规律进行了研究。研究结果表明:相较于传统FEM方法，粒子爆破法(PBM)可以更加精准地模拟炸药爆轰和爆生产物的动态过程，在钻孔爆破工况条件下，揭示了立柱不同边界条件约束下爆生产物的力学作用机理;通过SPH算法将立柱离散为光滑粒子流，克服了传统有限元算法中无法真实模拟介质破碎、断裂和抛掷过程的弊端，通过粒子运动表征立柱的破碎形态与实际爆破效果更加贴近;通过粒子运动过程表征立柱爆破后飞石的飞散，计算得到立柱正面炮孔位置处的粒子飞散速度为37.7 m/s，对比各时刻的水平位移值结果，得到仿真结果的平均误差值为8.9%。PBM-SPH耦合算法真实再现了炸药爆轰和立柱爆破破碎的全过程，有助于揭示钻孔爆破机理，指导爆破工程设计。

关键词

拆除爆破 / 数值模拟 / 耦合算法 / 破碎效果 / 爆破飞石

基金资助

国家自然科学基金联合基金项目(E0810)