(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111534256.7 (22)申请日 2021.12.15 (71)申请人 武汉市市政工程机 械化施工有限公 司 地址 430000 湖北省武汉市硚口区利济北 路70号 (72)发明人 柯文汇　严成增　李胜强　 (74)专利代理 机构 湖北武汉 永嘉专利代理有限 公司 42102 代理人 周舒蒙 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种通用爆破数值模拟方法 (57)摘要 本发明公开了一种通用爆破 数值模拟方法， 包括如下步骤： 建立爆破二维几何模型； 划分实 体单元网格； 在炮孔外区域相邻的实体单元之间 插入起粘结作用的节理单元或 界面单元； 对药包 的传爆过程进行建模并计算爆轰波首次传至炮 孔区域内各个实体单元的时刻； 对炮孔内相应的 实体单元施加一个随时间变化的应变增量； 将应 变增量转换成应力增量施加相应的实体单元上 进行力学断裂计算并获得应力场， 判断节理单元 是否断裂。 本发明的有益效果为： 本发明利用裂 缝扩展沿着实体单元边界这一特征， 在炮孔外区 域相邻的实体单元之间插入起粘结作用的节理 单元或界面单元， 在模拟裂缝起裂和扩展和交汇 时， 不用追踪裂缝扩展和 网格重划分， 可 以非常 方便地模拟任意复杂的断裂及破碎问题。 最终利 用该方法可以实现土体、 岩石、 混凝土等材料爆 破全过程的模拟。 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 CN 114218831 A 2022.03.22 CN 114218831 A 1.一种通用爆破数值模拟方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S1： 建立爆破几何模型， 并在模型中以炮孔 边界划分炮孔区域和炮孔外区域； S2： 划分实体单元有限元网格： 分别对炮孔区域和炮孔外区域划分实体单元有限元网 格， 两区域模型边界两侧的实体单 元不共用节点； S3： 在炮孔外区域相邻的实体单 元之间插 入节理单 元； S4： 在装药后炮孔区域内， 对药包的传爆过程进行建模， 并计算爆轰波首次传至炮孔区 域内各实体单 元的时刻； S5： 以爆轰波首次传至炮孔区域内第l个实体单元的时刻tl为起始时刻， 对炮孔内相应 的第l个实体单 元施加一个随时间变化的应 变增量； S6： 根据应力 ‑应变本构关系， 将应 变增量转换成应力增量； S7:将应力增量施加相应的第l个实体单元上进行力学断裂计算， 计算炮孔区域外的所 有节理单元 的拉应力或剪应力， 由此获得应力场， 并判断该拉应力或剪应力是否超过爆破 外区域结构的抗拉强度或者抗剪强度， 由此推 断哪些节理单元断裂， 即完成一个时间步内 爆破模拟计算； S8： 循环重复步骤S3 ‑S7， 对整个炮孔区域的实体单元进行力学断裂计算， 每计算一次 判断节理单 元是否断裂， 获得整个炮孔区域外的应力场， 实现爆破 全过程的模拟。 2.如权利要求1所述的通用爆破数值模拟方法， 其特征在于， 在S2中， 实体单元有限元 网格可为 三角形、 四边形、 五边形， 或其 他任意多边形中的一种或多种。 3.如权利要求1所述通用爆破数值模拟方法， 其特征在于， 在S4中， 爆轰波传至第l个实 体单元的时刻tl的计算方法： 设起爆点的坐标为(x0,y0)， 炮孔区域内第l个实体 单元中心点的坐标为(xl,yl)， 爆轰波 的传波速度为v(单位为m/s)， 沿着炮孔轴向且与爆轰波传播方向一致的单位向量为n＝ (e1,e2)， 此为已知量， 则tl为： 4.如权利要求1所述的通用爆破数值模拟方法， 其特征在于， 在S5中， 应变增量Δεij与 时间的关系可表示 为： 式中： l为炮孔区域内实体单元的编号； δij为置换张量； εmax为实体单元发生的最大膨胀 应变； f(x)为 最大值为1、 最小值 为0的无量纲函数。 5.如权利要求1所述的通用爆破数值模拟方法， 其特征在于， 在S6中， 施加在爆孔内任 意三角形单元l的应力增量Δσij为： 式(3)中： K*为体积模量， 对于平面应力问题， K*＝6KG/(3K+4G)， 对于平面应变问题K*＝ K， K为体积模量。 6.如权利要求1所述的通用爆破数值模拟方法， 其特征在于， 在S7中， 力学断裂计算及权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114218831 A 2应力场的获得可采用有限元方法、 混合有限 ‑离散元方法、 离散元方法、 非连续变形分析方 法或数值 流行方法计算。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114218831 A 3