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基于LS-DYNA的爆破增透数值研究杨前意;石必明;张雷林;翟文杰【摘要】为了解决五轮山煤矿的煤层透气性低,瓦斯抽采效率低等问题,提出了采用煤层预裂爆破,增加透气性的技术来提高瓦斯抽采率.为了确定预裂爆破过程中最佳参数,运用软件LS-DYNA在动态下数值模拟不同孔间距下预裂爆破后煤体的裂隙和孔隙发育情况;设计3种不同孔间距抽采孔,对比分析预裂爆破的影响效果,最终结合实际,确定爆破孔布孔间距为4.5m时效果较好.同时对1805运输巷进行了预裂爆破试验,分析试验结果可知:总管路在爆破试验前的平均瓦斯浓度为6.8％,爆破后浓度快速增大,高达9.9％;同时平均瓦斯纯量也由0.07m3/min增加到0.48m3/min.瓦斯浓度相比爆破前提高了46％,瓦斯纯量比爆破前增加了6.85倍.测定爆破增透前、后K1值和S值,爆破前K1值为0.61mL/(g·min0.5),爆破后下降至0.42mL/(g·min0.5),小于安全值0.5mL/(g·min0.5).瓦斯抽采率大大提高,可以降低瓦斯灾害的危险性,确保煤矿安全高效生产.【期刊名称】《煤矿开采》【年(卷),期】2019(024)001【总页数】6页(P140-144,119)【关键词】LS-DYNA;预裂爆破;增透;瓦斯抽采;数值模拟【作者】杨前意;石必明;张雷林;翟文杰【作者单位】安徽理工大学能源与安全学院,安徽淮南232001;安徽理工大学能源与安全学院,安徽淮南232001;安徽理工大学能源与安全学院,安徽淮南232001;兖矿集团贵州五轮山煤业有限公司,贵州毕节551700【正文语种】中文【中图分类】TD713.3当前我国许多煤矿治理瓦斯的主要方法为瓦斯抽采，但是由于煤层的孔隙率较小，瓦斯气体流动性差，从而导致瓦斯的抽采率低，采掘接替平衡受到极大的影响。
预裂爆破技术可以很好地释放原始煤层压力，增大孔隙率，使得透气性增加。
ls-dyna爆炸冲击算例-回复Lsdyna爆炸冲击算例指的是使用Lsdyna软件进行爆炸冲击仿真分析的例子。
在这个算例中，我们将通过一步一步的回答，带您了解如何利用Lsdyna软件进行爆炸冲击仿真分析，解决一些实际工程问题。
首先，让我们了解一下Lsdyna软件。
Lsdyna是一种非线性动力学分析软件，被广泛应用于汽车碰撞、航空航天工程、爆炸冲击、材料成型和结构变形等领域。
该软件具有高度的数值稳定性和灵活性，可以模拟各种工程场景下的动态响应。
接下来，我们将通过一个实际案例来展示Lsdyna在爆炸冲击仿真分析中的应用。
案例背景：假设我们的目标是设计一个承载建筑物结构的钢制支撑柱，需要进行冲击响应分析。
在这个案例中，我们将使用Lsdyna软件来模拟一个爆炸情景，并评估结构的稳定性和安全性。
步骤一：准备模型首先，我们需要准备建筑物结构的几何模型。
这个模型可以使用CAD软件来创建，然后将其导入到Lsdyna中。
除了结构本身，我们还需要考虑周围的土壤和其他周边环境特征，以便更真实地模拟爆炸冲击情景。
步骤二：定义物理材料参数接下来，我们需要为建筑物结构和爆炸物定义物理材料参数。
例如，我们需要提供钢材的弹性模量、密度、屈服强度等信息。
对于爆炸物，我们需要提供炸药的爆炸能量、爆炸速度等参数。
这些参数的准确性对于仿真结果的精确性至关重要。
步骤三：定义边界条件在进行爆炸冲击分析之前，我们需要为模型定义适当的边界条件。
根据实际情况，我们可以选择对支撑柱的顶部施加固定约束，并设定底部的土壤为固定边界。
这将确保支撑柱在仿真过程中的稳定性。
步骤四：设置爆炸条件在进行爆炸冲击仿真之前，我们需要定义爆炸约束。
根据实际情况，我们可以在某个区域内放置炸药或模拟爆炸的初始速度。
这个设置将决定模拟中爆炸物的释放和传播方式。
步骤五：运行仿真分析一切准备就绪后，我们可以开始运行Lsdyna软件进行仿真分析。
Lsdyna 将根据模型的几何和物理性质、边界条件以及爆炸设定来模拟整个爆炸过程。
第九章LS-DYNA动力学分析第四节LS-DYNA范例解析——炸药在土壤内部爆炸分析1．问题描述如图9-1所示，条形炸药设置在混凝土板下方一定距离处的土壤介质中，引爆炸药，试分析条形炸药爆炸后土壤的鼓包运动及混凝土板的运动过程。
图9-1炸药与混凝土板的位置示意图2．建模数值模型由炸药、土壤层、空气和混凝土板4部分组成，其中炸药、土壤和空气3种材料采用欧拉网格建模，单元使用多物质ALE算法，混凝土板采用拉格朗日网格建模，混凝土板与空气和土壤材料间采用耦合算法。
由于是条形炸药，在中心线起爆条件下，不考虑端部效应时，可以将模型简化成平面对称问题。
为了方便建模，采用单层实体网格建模。
数值模型采用cm-g-?s单位制，具体模型尺寸见图9-2所示。
3．分析步骤（1）进入ANSYS界面1）启动ANSYS，弹出ANSYS12.0 Launcher窗口。
2）在Launcher对话框的Simulation Environment下拉列表框中选择ANSYS，在License下拉列表框中选择ANSYS/LS-DYNA。
图9-2模型尺寸图/mm3）在对话框的Working Directory文本框中输入E:\explosion_undergro-und作为工作目录（假设工作目录为E盘），在Job Name文本框中输入explosion_underground作为工作文件名，其他选项用默认值。
单击Run按钮，运行ANSYS程序，进入ANSYS的操作界面。
（2）选择单元类型1）选择菜单Main Menu：Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete命令，弹出Element Types对话框。
2）单击Add按钮，出现Library of Element Types对话框，在Library of Element Types下拉列表中选择LS-DYNA Explicit和3D SOLID164，单击OK按钮关闭对话框。
露天爆破LS—DYNA数值模拟分析作者：张世琛来源：《科技风》2016年第03期摘要：爆破是露天矿山开采的主要手段之一，影响爆破效果的因素主要有岩石特性、炸药特性、药包起爆位置以及爆破参数等。
根据岩石爆破机理并借鉴某矿山工程实况参数，利用LS-DYNA软件模拟并研究了现爆破参数的选取对易出现大块部位的应力的影响。
模拟结果表明：模拟结果与工程实际结果相吻合，软件模拟对工程实践具有指导性作用。
关键词：爆破工程；深孔爆破；LS-DYNA；数值模拟[中图分类号]TD235[文献标志码]A深孔台阶爆破是目前露天矿山开采的主要手段之一，合理的爆破参数可以方便后续的开采和运输工作。
因爆破开采工程大不便频繁试验爆破参数，因此可运用软件模拟得到最优参数。
张等[1]采用LS-DYNA软件模拟起爆方式对爆破结果的影响。
余等[2]通过模拟得出孔径与孔网参数适应时爆破效果最好的结果。
周等[3]针对台阶爆破不同起爆方式利用LS-DYNA软件进行了模拟研究。
此类研究表明运用LS-DYNA软件模拟矿山爆破的可行性和有效性。
因此，采用LS-DYNA软件进行模拟，模拟的结果对工程实践具有指导意义。
本文针对某矿山开采大块较多的问题，根据实际工程的爆破参数进行了LS-DYNA软件模拟。
对比结果表明：LS-DYNA软件可以准确的模拟出工程实况，模拟结果与工程实际结果相吻合，模拟结果对今后的工程实践有指导意义。
1.问题分析1.1大块产生部位及原因根据工程实践可知，露天矿山深孔爆破大块一般产生的位置主要在台阶顶部和坡面、底部以及地质条件特殊的区段等，产生大块的原因主要分为以下两方面。
1.1.1爆破参数选取不合理一般来说，爆破参数主要包括炸药特性、岩石特性、超深、堵塞以及孔网参数等。
炸药与岩石不匹配通常会产生很多大块与根底。
堵塞过大，由于台阶上部表面岩石得不到足够炸药能量而使其不能充分破碎；堵塞过小，由于爆轰产物提前逸出严重甚至会出现冲炮。
孔网参数不合理，由于炸药能量分布不均匀，岩石得不到充分破碎，在孔与孔之间会出现大块。
LS-DYNA 爆炸模块计算算法概述Dengguide for Simwe 2009-3-18LS-DYNA 是世界最著名的显式非线性动力学计算程序，广泛应用于冲击侵彻、高速碰撞、金属成形等固体结构非线性动力学分析。
近年来，LS-DYNA 中加入了爆炸流场计算功能，可以用于计算爆炸容器的内部爆炸流场和壁面爆炸载荷。
1.1.1 爆轰模型炸药的起爆和爆炸过程是一种快速的化学反应过程，对于该过程的描述，主要存在CJ 模型和ZND 模型两种。
LS-DYNA 中包含两种炸药爆轰模型：高能燃烧模型和点火生成模型，前者属于CJ 模型，后者属于ZND 模型。
点火生成模型需要输入炸药反应率方程参数和未反应炸药的JWL 方程参数，对于大多数炸药来说这些参数缺乏足够的试验数据支撑，而工程中使用CJ 模型就足够了，因此下面主要介绍高能燃烧模型。
高能燃烧模型根据炸药上各点距起爆点的距离和炸药爆速来确定每点的起爆时间，如某个炸药单元中心离起爆点位置的距离为i r ，炸药爆速为D ，则该单元起爆时间/i i t r D =，如果存在多个起爆点，各单元起爆时间按照最近起爆点距离计算。
该模型定义爆炸产物压力P [166]：(,)s P FP V E = (0.1)其中s P 是依据产物状态方程计算得到的压力，F 为燃烧系数： min0,,1.5/i i i t t F t t t t L D ≤⎧⎪=>−⎨⎪⎩ (0.2) 其中min L 为单元最小特征尺寸。
当上式计算的F 值大于1时，将F 值设置为1，使01F ≤≤。
从式(0.2)可以看出，爆轰波到达前F 为零，炸药单元压力为零；当爆轰波经过很短时间后，F 迅速增大为1，爆炸产物压力几乎瞬间从零增大到s P 。
1.1.2 运动方程流体运动方程的描述，按照所采用的坐标系可以分为拉格朗日方法和欧拉方法两大类。
拉格朗日方法在物质域内求解流体运动方程，坐标系固定在物质上并跟随物质一起运动和变形，因此也被称为物质描述；欧拉方法在空间域内求解流体运动方程，坐标系固定在空间不动，物质在计算网格之间流动，因此也称为空间描述。
应用LS-DYNA进行拆除爆破数值模拟论述
发表时间：2019-09-11T14:59:32.423Z 来源：《基层建设》2019年第16期作者：闫振伟李宝杰赵德龙
[导读] 摘要：在建筑物拆除爆破领域应用计算机数值模拟技术，不但可以了解建筑物爆破之后的结果，而且可以实现爆破过程的可视化，从而细致地分析建筑物爆破过程的发展规律。
山东科技大学山东青岛 266590
摘要：在建筑物拆除爆破领域应用计算机数值模拟技术，不但可以了解建筑物爆破之后的结果，而且可以实现爆破过程的可视化，从而细致地分析建筑物爆破过程的发展规律。
同时，将模拟结果中反映的信息对已完成的爆破设计方案予以反馈，为优化建筑物拆除爆破设计提供依据，如此可以有效减少甚至避免爆破事故的发生，因而数值模拟技术在建筑物拆除爆破领域中具有重要的工程应用价值。
本文介绍了应用LS-DYNA进行拆除爆破数值模拟并详细论述了其应用的整体流程：ANSYS前处理，k文件的修改及运算，LS-PrePost后处理。
并基于LS-DYNA在拆除爆破领域的应用现状对拆除爆破数值模拟技术的进一步发展进行了展望。
关键词：拆除爆破；数值模拟；LS-DYNA
引言
在城市改建、改造过程中，拆除爆破凭借速度快、效率高的特点受到重视，并在拆除市场占据重要的位置。
在国内，建筑物，尤其是高层建筑物的拆除，采用的主要是爆破技术。
面对日益增长的市场需求量，城市拆除爆破技术的工程实践的安全性及其相关理论研究越来越受到人们的重视。
目前，拆除爆破的相关理论研究进展还不能满足工程实践的需要，主要因为工程结构体量大、体系复杂、爆破有害效应预测与控制困难，拆除爆破工作具有高度复杂性。
近年来，数值计算研究和计算机技术两者都得到了长足的发展，将两者结合的计算机数值模拟技术在科研领域和工程领域都得到广泛应用。
在建筑物拆除爆破领域中，计算机数值模拟技术也逐渐得到应用，数值模拟所得结果不仅使得爆破工程各方参与人员在爆破伊始就可以了解建筑物爆破之后的爆堆形态、前冲距离等其他重要控制参数，而且使得爆破过程可视化，从而反复研究建筑物的爆破规律。
同时，将模拟结果中反映的信息对已完成的爆破设计方案予以反馈，为优化建筑物拆除爆破设计提供依据，如此可以有效减少甚至避免爆破事故的发生，因而数值模拟技术在建筑物拆除爆破领域中具有重要的工程应用价值。
如此，目前在拆除爆破领域广泛采用LS-DYNA进行数值模拟。
1 LS-DYNA的功能特点及应用
LS-DYNA是世界上领先的显示动力分析有限元软件，它基于拉格朗日算法，同时具有ALE和欧拉算法，可以精准的处理各种高度非线性问题，如爆炸问题分析、流体分析、多刚体动力学分析、钣金成型分析等。
20世纪90年代中后期中国引入LS-DYNA，其在相关领域迅速得到广泛应用，并直接促进了相关领域的长足发展，现如今LS-DYNA已经成为国内科研人员和工程人员开展数值实验的有力工具。
显示动力有限元方法能够模拟各种复杂几何非线性、材料非线性和接触非线性问题，极其适合分析各类高速非线性的复杂力学过程，如爆破与冲击、结构碰撞等问题。
LS-DYNA作为显式动力学程序的集大成者，在各类高速非线性的复杂力学分析领域中仍然无出其右者。
因此，本文主要论述显示动力软件LS-DYNA在拆除爆破中的应用。
2 ANSYS/LS-DYNA进行拆除爆破数值模拟应用概述
ANSYS/LS-DYNA将显式积分非线性动力分析程序LS-DYNA和ANSYS的前处理器PREP7连成一体。
其中，ANSYS具有强大的前处理功能，使用者不仅可以利用ANSYS进行有限元建模，而且可以使用CAD软件进行有限元建模，这得益于ANSYS与CAD软件的紧密匹配，即使用CAD软件进行拆除结构建模设计后，可以导入ANSYS中生成有限元网格并进行相应计算。
如果所得结果不符合设计的要求或误差超过允许的范围则可以重新进行建模设计与计算，直到结果符合要求为止，从而极大程度上提高了数值模拟的水平和效率。
LS-DYNA中的显式算法能快速求解短时间、动态、大变形准静态问题和复杂的多重非线性接触碰撞问题。
将ANSYS前处理功能和LS-DYNA的非线性动力分析功能相结合，使得原来纷繁复杂且不易修改的模拟变的简单易行。
另外，对于后处理建议使用LS-PrePost软件。
LS-PrePost软件是可以和LS-DYNA求解器结合的专业后处理软件，可以处理结构倒塌过程的大变形、接触与碰撞、构件断裂等多维非线性问题，并且能够直观的呈现结构倒塌过程的动态图像。
以下主要针对LS-DYNA在拆除爆破结构倒塌过程中的应用，详细论述从数值模型建立到分析数据提取的全过程。
2.1ANSYS/ LS-DYNA前处理概述
ANSYS并非LS-DYNA的唯一前处理器，但因为功能强大而被科研和工程领域广泛应用。
ANSYS前处理需要设置Preference选项（选择Main Menu>Preference命令，在弹出的Preference for GUI Filtering对话框中激活Structural LS-DYNA Explicit 单选钮，这样在后续的分析过程中ANSYS菜单非显式动力分析的部分被完全过滤掉）。
其应用的详细步骤如下表述。
第一，确定单元类型，根据建立模型的情况，分析爆破过程，确定所需要的单元类型；第二，定义材料模型，对不同的材料，选择相应的材料模型。
对于炸药、空气等材料可用空材料模型暂时代替，然后在后期K文件修改添加；第三，建立模型和划分网格，通过ANSYS-APDL按照一定的比例建立模型，建立几何模型之后划分网格，网格要求尽量满足整齐划一方便后期运算；第四，施加约束，对划分网格后的模型施加相应的位移约束，通过固定其不同方向的位移模拟实际约束情况；第五，确定边界条件，当模型尺寸较大且具有轴对称形状时，通过增加对称面约束而减小模型的计算量。
必要时还需要对一些边界做透射处理；第六，生成k文件，选择所有模型数据，包括几何体、材料参数、单元类型参数以及约束等，生成输入文件（k）文件。
2.2 LS-DYNA输入文件（k）文件
LS-DYNA通过输入关键字（Key word）的方式，使得输入数据的组织更加简便合理，如此更加方便用户阅读和修改。
每一个关键字后紧跟一个数据块，组成一个数据组，也称为数据卡，每一个数据组有其特定的输入。
目前，我们主要需要修改与添加的关键字有如下几种：*MAT（材料关键字，主要修改前期未添加参数的材料模型，以及替换更加合适的材料模型）、*EOS（状态方程关键字，主要修改空气以及炸药模型的状态方程，包括其爆炸压力的变化）、*PART（PART关键字，主要定义相同材料的模型为同一PART组，方便接触运算）、*CONTRACT（接触关键字，主要添加与修改不同的实体接触方式，包括体与面的接触，以及面与面接触参数的添加）、*CONTROL（控制关键字，主要添加运算时间步、以及计算终止时间、能量控制等参数）。
对K文件进行编辑和修改，建议使用UltraEdit软件。
UltraEdit软件是一个功能强大的文本编辑器，它支持多种格式，拥有强大的搜索替换功能。
在文本编辑方面，UltraEdit软件可以自动存盘，无限制还原等功能。
2.3 LS-DYNA后处理概述
一般地，LS-DYNA后处理在显式动态分析中，所需查看的均为动画结果和时间历程结果。
对于后处理建议使用LS-PrePost软件。
LS-PrePost软件是可以和LS-DYNA求解器结合的专业后处理软件，操作简单，功能强大。
LS-PREPOST软件分为主菜单区、图形控制区、命令输入区、动画播放控制台四大部分。
单机主菜单区的相应按钮，会在主菜单区域下面的动态区域弹出对应的功能操作界面。
LS-PrePost软件可以处理拆除爆破结构倒塌过程的大变形、接触与碰撞、构建断裂等多维非线性问题，并且能够直观的呈现结构倒塌过程的动态图像。
3.发展趋势
随着经济社会的发展，人们安全意识和环境意识都得到提高，由此也对爆破拆除技术的安全性和环保性等方面提出了更高的要求，建筑物拆除爆破仅仅依靠经验来操作的时代已经过去了。
建筑物拆除爆破数值模拟技术是适应当前城市建筑拆除爆破行业发展的新技术，这项新技术凭借先进的计算机技术，构造优良的可视化图形模拟系统，使得我们对建筑物拆除爆破中存在的复杂力学机理的本质加深了一定程度的了解。
对拆除爆破中结构倒塌过程进行全面的模拟，将收集到的信息反馈给爆破设计，并以此对爆破设计方案进行优化，如此可以有效减少甚至避免爆破事故的发生，因而拆除爆破数值模拟技术具有重要的工程应用价值和广阔的发展空间。
参考文献：
[1]谢先启，刘军，贾永胜，孙金山.拆除爆破数值模拟研究进展[J].中国工程科学，2014，16（11）：20-27.
[2]林红.基于LS-DYNA的结构连续倒塌过程数值模拟[A].中国建设科技集团股份有限公司、东南大学、《建筑结构》杂志社.第五届建筑结构抗震技术国际会议论文集[C].中国建设科技集团股份有限公司、东南大学、《建筑结构》杂志社：《建筑结构》编辑部，2016：4.。
