冲击引起的岩石压裂、预置裂纹扩展和弹靶侵彻的初步数值模拟.pdf

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1、中国科学技术大学硕士学位论又冲击引起的岩石压裂、预置裂纹扩展和弹靶侵彻的初步数值模拟作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：刘磊工程力学徐胜利教授二O一一年六月七日UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationformaster，SdegreeComputationsonrockfracture，crackevolutionunderdynamicloadingandprojetiles’impactatdifferentspeedsAuthor’SName：LeiLiuSpeciality：一●Su

2、pervisor：1⋯●●●rlnlSnedtlme：EngineeringMechanicsProf．ShengliXuJune7th，2011中国科学技术大学学位论文原创性声明幽IIflJllIJJIrlflIllllfllIJFPIrJPflJllllJllllllY19089ilrll9liglf3illI

3、g本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：趣签字日期：。粤H—

4、叫蚌中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。

5、讼开I-1保密(年)作者签名：签字日期：迦l上里鱼：里墅导师签名．乏垒选箩、1I抖嗍：蛐‘，7摘要本文主要研究(1)冲击载荷作用下的流固耦

6、合问题。(2)固体接触冲击问题。固体解算器采用三维等参有限单元求解Lagrange坐标系下的虚功方程，流场解算器采用MUSCUL格式求解ALE方程，接触冲击采用Pinball方法求解接触面上主从单元的接触力。基于现有计算程序平台，添加了粘弹性材料与可压缩型岩土和泡沫材料两种本构关系。计算了复合射孔弹起爆后火药燃气流场及其对岩石的压裂作用。将流场冲击载荷施加到岩石表面，模拟了岩石动力学响应，得到了岩石动态破碎区域分布及其与加载参数的关系。针对预置不同角度裂纹的板结构，分析了受到冲击载荷后的裂纹扩展规律，给出了裂纹周围应力场分布。采用Pinball方法实现了接触

7、冲击算法，给出了依据侵彻距离和侵彻速度的两种接触力求法，并进行了算例考核。最后对不同材质子弹侵彻靶板的接触冲击进行了数值模拟。主要内容简述如下：1．第一章介绍了本文研究背景，相关研究进展和本文主要内容。2．第二章介绍了本文固体和流体解算器、接触冲击算法思路等，重点介绍了固体有限元和接触冲击算法的控制方程、定解条件和数值格式等。3．第三章介绍了所添加的材料本构关系。给出了岩石受高温高压燃气压裂过程和动态破碎区分布、预置不同角度裂纹板受冲击载荷后的裂纹扩展规律及裂纹应力场演化。4．第四章介绍了Pinball方法、接触判断条件和接触力求法，给出了验证算例，并对不同

8、材质多物体和靶板接触冲击问题进行了数值模拟。5．第五章给出了本文结论和下一步研究建议。关键词：流固耦合有限元冲击载荷动态响应接触冲击摘要IIABSTRACT，Thisthesismainlyincludestwoparts：(1)fluid-solidcouplingcomputation晰t11impactload，(2)contactimpactcomputationamongsoildstractures．Inthispaper,solidcoputationsolverUSeSf'miteelementmethod、析n1threedimension

9、elementstosolvethevirtualworkfunctioninLagrangecoordinate，andfluidsolverusesMUSCULformattosolveALEequations．Torealizethecontactimpactalgorithminthesolidcomputationprogram，PinballMethodisemployedtodecidetheinterfaceforcegeneratedbythecontactofmasterandslaveelements．Basedonthealready

10、existingprogram,modulesabo