探究SVC失真与量化关系的研究：基本层与增强层编码的失真

图8-2 试件几何模型及网格划分

图8-2所示为一个岩石试样，参照文献[4]的试验，试件模型取边长0.5m的立方块，中间是直径为0.04m的钻孔，内置高爆炸性药柱。利用模型的对称性，仅取1/4结构进行有限元离散。总共采用了320个节点和1968个节点立方体动力学单元（C3D8R），采用了减缩积分单元。对称面上施加了位移约束；起爆引信放置在钻孔中间孔壁处。

计算采用Dynamic/explicit，用到了单元生死技术和粘弹塑性本构关系，节点的失效形式采用了ABAQUS给出的碎裂（spall）准则，炸药的模型用到了JWL方程所给的时间、压力、能量、密度等关系的数学表达式。其中的材料参数取值为：岩石密度ρ=1900kg/m³，弹性模量E=2000MPa，泊松比μ=0.279，抗碎裂强度为p_t=5MPa。高爆炸药的JWL参数为：起爆波速C_d=7596m/s，A=5.206×10¹¹N/m²，B=5.3×10⁹N/m²，ω=0.35，R₁=4.1，R₂=1.2。整个计算过程总时间长度为0.016s，完成计算需要的增量步数为91172。

上述材料参数的ABAQUS设置数据行语句为：

∗∗MATERIALS

∗∗

∗Material，name=he

∗Density

1900.，

∗Eos，type=JWL

7596.，5.206e+11，5.3e+09，0.35，4.1，1.2，，0.

∗DetonationPoint

0.25，0.013，0.25，0.

∗TENSILE FAILURE，ELEMENT DELETION=NO，PRESSURE=BRITTLE，

SHEAR=BRITTLE

1.e6，

∗Material，name=rock1

∗Density

2580.，

∗PLASTIC

5.e6，

∗ELASTIC

2.e10，0.279

∗∗

∗Material，name=rock

∗density

2070，

∗eos，type=usup

1480，1.93，0.880

∗eos compaction

600，0.049758，1.e6，1.5e7

∗eos shear，type=viscous

1.0e4

∗TENSILE FAILURE，ELEMENT DELETION=yes，PRESSURE=ductile，

SHEAR=ductile

1.e6，

∗∗

∗Material，name=rock2

∗elastic

2.648e+10，0.167

∗density

2400.0

∗EXPANSION

0.005，

由于采用了单元生死技术，达到一定的正的体积应力（即三向拉应力）时就认为单元死了。下面给出分析步设置信息：

∗∗STEP：Step-1

∗∗

∗Step，name=Step-1

∗Dynamic，Explicit，adiabatic

，1.e-2

∗Bulk Viscosity

0.6，1.2

∗∗

∗∗

∗∗OUTPUT REQUESTS

∗∗

∗Restart，write，number interval=1，time marks=NO

∗∗

∗∗FIELD OUTPUT：F-Output-1

∗∗

∗Output，field

∗Element Output，directions=YES(www.xing528.com)

E，IE，PE，PEEQ，PEMAG，S，damaget，damagec

∗∗

∗∗FIELD OUTPUT：F-Output-2

∗∗

∗Node Output

RF，U

∗∗

∗∗HISTORY OUTPUT：H-Output-1

∗∗

∗Output，history，variable=PRESELECT

∗End Step

∗∗---------------------------------------------

∗∗

∗∗STEP：Step-2

∗∗

∗Step，name=Step-2

∗Dynamic，Explicit，adiabatic

，6.e-3

∗Bulk Viscosity

0.06，1.2

∗∗

∗∗

∗∗OUTPUT REQUESTS

∗∗

∗Restart，write，number interval=1，time marks=NO

∗∗

∗∗FIELD OUTPUT：F-Output-1

∗∗

∗Output，field

∗Element Output，directions=YES

E，IE，PE，PEEQ，PEMAG，S，damaget，damagec

∗∗

∗∗FIELD OUTPUT：F-Output-2

∗∗

∗Node Output

RF，U

∗∗

∗∗HISTORY OUTPUT：H-Output-1

∗∗

∗Output，history，variable=PRESELECT

∗End Step

图8-3a～g为ABAQUS/Explicit计算得到的爆破过程中岩石试样材料点上的Mises等效应力变化图。应力图中深色（即Mises等效应力为零的部分）为碎裂岩石部分。由于Mises等效应力反映的是材料点上偏斜应力张量的度量指标，因此以它是否为零作为判断岩石材料点碎裂的依据是合理的。从图8-3中可以观察到，总共有两条主要裂纹，其中一条首先生成，另一条在第一条之后滞后一定时间产生。这与参考文献的实验结果很接近。

图8-4给出了在t=0.0016s时的最大主应变分布。图中亮色部分为应变值较大的区域，也就是岩石开裂的地方。这与图8-3gMises等效应力图反映的现象是一致的。

图8-5给出了岩石试样在爆破过程中某些整体能量指标的变化情况。从图8-5a中可以看出，在起爆后试样内部的应变能迅速变化，在0.005s内其值从0J变化到

图8-3 岩石在不同时刻的MiSeS等效应力分布

a）t=O.OOO5s b）t=O.OO1S c）t=O.OO15S d）t=O.OO25s

图8-3岩石在不同时刻的MiSeS等效应力分布（续）

e）t=O.OO35s f）t=O.O1s g）t=O.OO16S

-93000J。从图8-5b中看出粘性耗散能也同时达到峰值。从图8-5c中看出其动能首先达到峰值19000J，然后迅速回落。爆破过程主要的能量变化基本上是在0.001s完成的。

图8-6是文献[4]的一幅试验结果图。将图8-3g与图8-6进行比较，发现若取试验结果图试件表面的右上角1/4试样，试验结果图形和数值结果图形都是包含2条主要裂纹，且方向与趋势都比较吻合。因此，本研究进行的数值模拟是成功的。

图8-4 t=0.0016s时的最大主应变

图8-5 起爆后岩石试样中的能量指标随时间的变化情况

a）应变能随时间的变化情况 b）粘性耗散能随时间的变化情况

图8-5 起爆后岩石试样中的能量指标随时间的变化情况（续）

c）动能随时间的变化情况

图8-6 文献[4]的试验结果图像