基于LS-DYNA的新型棚洞板耗能减震分析
大跨度穹顶洞室围岩动力响应分析
大跨度穹顶洞室围岩动力响应分析地下防护工程的建设中，除需考虑围岩压力下的静力问题外，还要考虑爆炸冲击荷载作用下的动态问题，涉及到爆炸力学、结构动力学等多门学科，因此比一般的静力问题要复杂的多。
以往研究的洞室形态多为圆形巷道、矩形巷道和直墙拱巷道，对于地下储油库常用的穹顶结构洞室在动荷载作用下的稳定性分析和加固问题涉及不多。
地下油库同其他大型地下洞室一样，具有边墙高、跨度大、结构复杂等特点，目前对围岩我国还没有大型离壁、贴壁式被覆立式油罐地下石油洞库工程，其他建设集中在水电、铁路建设方面，但并没有考虑冲击荷载作用。
本文利用有限元软件LS-DYNA对地下穹顶洞室在爆炸荷载下的动力响应进行分析研究。
1 数值分析模型某穹顶洞室的覆盖层厚度（洞室埋深）为40m，跨度为20m，墙高为20m（高跨比1∶1），穹顶矢高为3.33m（矢跨比1∶6），围岩等级为Ⅲ级。
为真实反映洞室的受力变形状态，首先在动力分析之前对洞室围岩模型进行初始自重应力场分析，然后在此基础上施加爆炸荷载进行动力分析。
图1为穹顶洞室示意图，图2为穹顶洞室围岩介质中的波传播问题的计算模型。
由于穹顶洞室的旋转对称性，可将其简化为轴对称应变问题，过洞室轴线取任一剖面，建立洞室结构的二维平面模型。
模型的侧向与底部边界距离取5倍洞室最大尺寸，可避免人工边界的反射，水平方向和垂直方向的长度分别为150m和180m。
计算模型采用单点积分的四节点平面实体单元进行离散，经过网格敏感性分析，单元大小为0.25m×0.25m，整个模型共划分单元*****个。
模型的左右边界上的元件表示水平方向约束，模型底部边界上的元件从右至左分别表示垂直方向约束和透射边界。
通过设置透射边界可使入射到边界的应力波“透射”过去，不至于在边界上发生反射，从而对模型内部的应力应变产生影响。
标志（1）表示仅在计算初始自重应力场时采用，标志（2）表示该元件仅在后续动力计算时采用，标志（1，2）表示该元件在初始自重应力场计算和动力计算时都采用。
基于LS-DYNA矿用救生舱抗爆性能的仿真分析
■
图 ４ 救生舱整体等效应力值
救 生舱 整体 位移 值
步， 它直接影响着后续数值计算分析结果的精确性。
本文对救生舱连接法兰和舱体面板均采用实体 单元 ，单节舱体的单元数量为 １３ ４ ３ ６ ，节点数量为
２ ５８ ３３ ，整体舱体单元数量为 １９ ５ ，节点数量为 ４ ４６
４０ ｍ。 ０ｍ 高 ９０ ｍ 本文利用 款功能齐全的几何非线性、材料非线性 以及摩擦和 节舱体宽 １２ｍ 长 ８０ ｍ， １０ｍ 。 ｒｅ． ０ 通过对救生舱 接触分离等界面状态非线性有限元分析程序 ，能够 ｐｏ４ 对救生舱建立三维几何模 型，
精确地模拟三维非弹性机构在高速碰撞、爆炸冲击
求解得出结果。
１ 救生舱三维模经验设计法和参数类 比法 ． 就 是通过大量的实体实验来发现问题 ，再对设计方案
图 １ 救 生舱 整体 模型
加以改进。 救生舱实体抗爆试验 ， 不仅需要消耗实际
舱 体材料 的成本 ．而且 需要 齐 全 的试 验设 施和 专业
于板的中心部位。 救生舱顶板最大等效应力位于顶板
达到 ３ ８ Ｐ ， ８Ｍ ａ未达到屈服应 在发生矿难时 。根据瓦斯爆炸冲击波在掘进巷 与法 兰连接的四角处 。 ６ ＭＰ ． 道传播的数值模拟分析 ，通常冲击载荷作用于救生 力 ４０ ａ最 大位 移 处位 于板 左半 部 和右半 部 的 中 舱侧面四周钢板和上顶部钢板 。其下底面钢板受到 心 部 位 。 法 兰 处 多 个 部 位 应 力 达 到 屈 服 应 力 ６ Ｍ ａ发生局部屈服。 屈服范围位于连接法兰外表 地面支撑约束。根据 国家对矿用救生舱抗 冲击载荷 ４０ Ｐ ． 范 该屈服 点部位 产生 了微量 的塑性变形 。 要求规定 ， 采用脉 冲载荷曲线如图 ３ 所示 ， 其最大冲 面 ， 围较浅 ， 击载荷为 ２ Ｐ ， Ｍ ａ载荷持续时间为 ７ ｓ ｍ。 门板处最大等效应力值位于门板的四角区域 ，达到 ９． Ｐ ， ３ Ｍ ａ门板最大位移处于门板 中央 ， ３ 达到 ９ ｍ 。 ． ｍ ８
基于ＬＳ-ＤＹＮＡ_动力电池包底部球击失效分析
目前ꎬ文献[４ － ８] 将 ＧＩＳＳＭＯ( ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ ｉｎｃｒｅ￣
收稿日期:２０２２－０７－２８ꎮ
作者简介:程生(１９９０—) ꎬ男ꎬ工程师ꎬ研究方向为新能源电池包机械安全仿真分析ꎮ Ｅ￣ｍａｉｌ:ｃｈｅｎｇｓｈｅｎｇ＠ ｇｏｔｉｏｎ.ｃｏｍ.ｃｎꎮ
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效塑性应变失效值ꎻＤ 为损伤值(０<Ｄ<１) ꎻΔε ｐ 为等
会直接侵入模组底部ꎬ带来安全风险ꎮ 故底板采用
２ 标准样件力学性能实验
可起到双层保护ꎮ
力学性能试验通过实验机获得板材力学性能参
双层底板的设计方案ꎬ底板分上底板和下底板 ２ 层ꎬ
箱盖
螺栓
吊耳
模组
泡棉
上底板
下底板
图 １ 某款动力电池包铝合金箱体结构
ｆｏｒｃｅ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃｕｒｖｅ ｗｅｒｅ ｂａｓｉｃａｌｌｙ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ.Ｆａｉｌｕｒｅ ｔｉｍｅ ｐｏｉｎｔ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ａｎ ｅｒｒｏｒ ｏｆ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ １７.９％.Ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ
ｃｒａｃｋ ｆｏｒｍꎬｆａｉｌｕｒｅ ｔｉｍｅꎬｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｒｅａ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｃｃｕｒａｃｙ.Ｉｔ ｗａｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄ￣
ＣｒａｃｈＦＥＭ 模型以及 ＧＩＳＳＭＯ 模型 [１２－１４] ꎮ 本文采用
线性应变路径成形及非线性损伤积累方式的 ＧＩＳＳ￣
ＭＯ 模型ꎬ作为失效本构模型ꎮ
ＧＩＳＳＭＯ 连续介质材料失效本构模型基于 Ｊ － Ｃ
前减震器强度分析
录
1、有限元模型介绍-----------------------------------------4 2、边界条件-----------------------------------------------5 3、计算结果-----------------------------------------------6 4、分析结论-----------------------------------------------8
前减震器强度分析
报告题名 车型/机种 报告版本
前减震器强度分析 适应标准 报告分类 Strength 解算软件版本 LS-DYNA frontshock_strength_with1node.k 总页数 分析类型
模型文件 基础模型 前一版本报告号 协作单位/人员 报告完成/人员 分析所用时间
2
目
3
1、有限元模型介绍
取白车身网格 取白车身网格模型单元数为922187，质量409kg 模型中的焊点用ACM模拟； 模型中的粘胶用SOLID单元模拟； 螺栓连接用RBE2单元模拟；
4
2、边界条件
在前减震器安装座中心施加如下图所示的力的曲线
5
3、计算结果
右减震器 图1：等效塑性应变图
左减震器
该模型的等效塑性应变为14.73%，目标要求等效应变小于10%，不满足要求。
6
3、计算结果
3
2.81
图2：前减震器加载点最终位移图
左减震器的最终变形为3.53mm，右减震器的最终变形为2.81mm。
7
4、分析结论
前减震器强度分析中，减震器的塑性应变为14.73%，目标值10%；左减震器的最终变形 为 3.53mm，右减震器的最终变形为2.81mm, 目标值3mm，因此，该减震器强度不满足 强度要求。
ANSYS_LS_DYNA在地震工程中的应用
第25卷第4期2005年8月地 震 工 程 与 工 程 振 动EARTHQUAKE ENG I NEER I NG AND ENG I NEER I NG V IBRAT I ON V o.l 25,N o .4A ug .2005收稿日期:2004-12-22; 修订日期:2005-04-10基金项目:中国地震局 十五 科研项目作者简介:张冬茵(1976-),女,硕士,主要从事防灾减灾研究.文章编号:1000-1301(2005)04-0170-04ANSYS /LS -DYNA 在地震工程中的应用张冬茵1,金 星1,丁海平1,2,孔 戈1(1.中国地震局工程力学研究所,黑龙江哈尔滨150080;2.苏州科技大学土木系,江苏苏州215011)摘要:近年在国内很流行的大型通用程序AN S Y S 不但具有强大的前后处理功能、丰富的单元类型和材料库,而且该软件中有一个LS -DYNA 模块采用了粘性边界(v iscous bounda ry)来模拟无限域的影响,从而可以方便地、较准确地进行地基动力作用分析。
国外利用ANSY S /L S -DYNA 进行地基动力作用分析非常普遍,而国内还未见到将AN S Y S /L S -DYNA 用于地震工程。
本文将介绍如何利用AN S Y S /LS -DYNA 进行地基动力作用分析,同时,由于软件中用于模拟无限域的粘性边界精度较低,本文提出采用精度较高的粘-弹性边界替换粘性边界,从而改善了计算结果。
关键词:有限元;LS -DYNA 软件;地震工程;数值模拟中图分类号:P315.98 文献标识码:AApplication of ANS YS /LS -DYNA in earthquake engi neeri ngZhang Dongyin 1,Jin X i n g 1,D i n g H aiping 1,2,Kong Ge 1(1.Instit u te ofE ng i neeri ng M echan ics ,Ch i na Eart hquak eA d m i n istrati on ,H arb i n 150080,C h i na ;2.Un i versity of S ci ence and Techn ol ogy of Suzhou,Suz h ou 205011,Ch ina)Abst ract :ANSYS ,a popu lar large -scale fi n ite e le m ent analysis so ft w are ,not only has the po w erful functi o ns o f pre -process and post process ,abundant e le m ent types and m aterial librar i e s ,but also has a m odule of LS -DYNA,i n w hich viscous boundary is adopted to si m ulate the effects o f infinite field .A s a resul,t it can so lve the proble m s o f foundation dyna m ic ana l y sis m ore effectively and convenientl y .LS-DYNA prog ra m has been w ide l y used abr oad to analyze foundation dyna m ic ,w hile it has se l d o m been used in Ch i n a ,espec i a ll y in the field o f earthquake eng i n eer -i n g .In th is paper ,the usage ofLS -DYNA to analyze foundati o n dyna m ic w ill be i n troduced firs.t Furt h er m ore ,be -cause the precisi o n of v iscous boundar y is no t h i g h enough ,v iscous -spri n g boundary is introduced to substitute for v i s cous boundary .As de m onstrated by num erical calcu lation resu lts ,th is approach can i m prove the calcu lating pre -cision obv i o usly .K ey w ords :finite e le m en;t LS-DYNA so ft w are ;eart h quake eng i n eeri n g ;num erical si m u lation引言土-结构动力相互作用是地震工程领域中一个得到广泛关注的研究课题,它的研究对象涉及高层建筑、大型桥涵、地下工程、核电站、高水坝等与地基相连,并在动力荷载作用下与地基有相互作用影响的各种结构体系。
不同结构类型棚洞的抗冲击性能研究
不同结构类型棚洞的抗冲击性能研究张群利;王全才;吴清;郭绍平【摘要】借助ANSYS／LS－DYNA有限元软件模拟棚洞结构在落石冲击荷载下的动力响应过程，通过分析比较5类棚洞结构的受力与变形的特征，研究不同结构类型的抗冲击性能。
研究表明：不同结构类型棚洞在同等冲击作用下会有不同的动力响应，全拱式和半拱式棚洞的抗冲击性能比门式有优势，斜柱式比直柱式抗冲击性能好；门式和半拱式棚洞的柱体顶部内侧与顶板交接处，全拱式棚洞的拱柱底部是最大等效应力的集中部位，实际工程中可采取局部加强措施，保证结构的安全性。
%In order to study rock-fall impact properties of different shed-tunnel structures,five kinds of shed-tunnel structures' models were established with the finite element software ANSYS/LS-DYNA.The distribution of force and deformation characteristics was analyzed comparatively.The results showed that different shed-tunnel structure types possess different dynamic responses under the same impact load.The comprehensive analysis of effective stress duration curves and roof displacement indicated that the impact resistances of archstyle and semi-arch-style shed-tunnel structures are better than those of gantry ones,and the impact resistances of inclined column ones are better than those of straight column ones.The maximum equivalent stress distribution showed that dangerous parts of gantry shed-tunnel structures and semi-arch ones are at the juncture between inside of column crown and roof,and those of arch shed-tunnel structures are at the bottom of arch-column,some local reinforcementmeasures should be adopted in practical projects in order to keep the safety of shed-tunnel structures.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】5页(P72-76)【关键词】棚洞结构;落石;数值分析;冲击响应【作者】张群利;王全才;吴清;郭绍平【作者单位】中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室，成都 610041; 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所，成都 610041; 中国科学院大学，北京100049;中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室，成都 610041; 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所，成都 610041;西安中交土木科技有限公司，西安 710075;中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室，成都 610041; 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所，成都 610041; 中国科学院大学，北京100049【正文语种】中文【中图分类】TU311.3第一作者张群利女，博士生，1986年生通信作者王全才男，研究员，1959年生Key words:shed-tunnel structure; rock-fall; numerical analysis; impulse response山区经济、旅游的快速发展，促使交通路线不断向山区延伸，落石灾害问题已愈发突出[1-2]。
LS-DYNA-1功能介绍
• 材料模式 接触方式
• ALE算法
并行处理
• 网格畸变处理
No Boundaries
功能特点
显式算法和时步控制
无收敛迭代，依靠小时步保证计算精度
有条件稳定，变时步增量解法 集中质量矩阵，无总体刚度矩阵，计算速度快
ANSYS/LS-DYNA
功能介绍
No Boundaries
摘
要
• ANSYS/LS-DYAN历史 • ANSYS/LS-DYAN的现状 • ANSYS/LS-DYAN求解功能
No Boundaries
发展历程
ANSYS/LS-DYNA发展概况
1976-1986, 美国 劳伦斯•利沃莫尔国家实验室（ LLNL）, J.O.Hallquist 博士主导开发DYNA3D。 DYNA系列为国际主要的显式非线性动力分析程序, 广泛用于冲击-碰 撞、爆破及流固耦合研究，是当时北约新武器开发的重要工具。 1986年部分源程序在 Public Domain(北约局域网）发布，从此在研究 和教育机构广泛传播，被公认为是显式有限元程序的鼻祖和理论先导 ，是目前所有显式求解程序（包括显式板成型程序）的基础代码
Automatic_general automatic_nodes_to_surface automatic_one_way_surface_to_surface automatic_single_surface automatic_surface_to_surface airbag_single_surface constrained_nodes_to_surface constrained_surface_to_surface drawbead eroding_nodes_to_surface eroding_surface_to_surface eroding_single_surface force_transducer_constraint force_transducer_penalty forming_nodes_to_surface forming_one_way_surface_to_surface forming_surface_to_surface nodes_to_surface one_way_surface_to_surface surface_to_surface rigid_nodes_to_rigid_body rigid_body_one_way_to_rigid_body rigid_body_two_way_to_rigid_body
LS-DYNA实例分析报告
LS-DYNA实例分析报告合普科技2010年07月目录（一）LS-DYNA基本介绍03 （二）某电动玩具的跌落分析06 （三）汽车保险杠的碰撞分析17 （四）总结22（一）LS-DYNA的基本介绍LS-DYNA是一个以显式求解为主、兼有隐式求解功能，以Lagrange算法为主、兼有ALE和Euler算法，以结构分析为主、兼有热分析和流体-结构耦合功能，以非线性动力分析为主、兼有静力分析功能，军用和民用相结合的通用非线性结构动力分析有限元程序，主要用于求解各种非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成型等结构非线性问题。
DYNA程序系列最初是1976年在美国Lawrence Livermore National Lab.由J.O.Hallquist主持开发完成的，主要目的是为武器设计提供分析工具，后经1979、1981、1982、1986、1987、1988年版的功能扩充和改进，成为国际著名的非线性动力分析软件，在武器结构设计、内弹道和终点弹道、军用材料研制等方面得到了广泛的应用。
1988年J.O.Hallquist创建LSTC公司，自此开始DYNA程序的商业化开发，LSTC陆续将DYNA的显式、隐式、热分析等系列程序组合在一起，形成一个整体的LS-DYNA软件包，并逐步增加汽车安全性分析、薄板冲压成型过程模拟、流体与固体耦合（ALE和欧拉算法）等功能，使LS-DYNA程序系统在国防和民用领域的应用范围不断扩大，并建立了完备的质量保证体系。
因此LS-DYNA一经推出，即在显式有限元分析领域引起轰动效应，大大拓展了LS-DYNA的用户领域，在中国地区，LS-DYNA的用户数在短短的几年时间内即超过了200家，远远领先于其它显式分析程序。
LS-DYNA程序的主要强项在于：历史悠久、应用广泛。
该软件是全世界范围内最知名的有限元显式求解程序。
LS-DYNA程序开发的最初目的是为北约组织的武器结构设计、防护结构设计服务，是该组织的Public Domain程序，后来商业化后广泛传播到世界各地的研究机构。
LS-DYNA资料
1.1LS-DYNA发展概况LS-DYNA是以显式为主、隐式为辅的通用非线性动力分析有限元程序，特别适合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸和金属成形等非线性动力冲击问题，同时可以求解传热、流体及流固耦合问题。
DYNA程序系列最初是1976年在美国Lawrence Livermore National Lab. 由J.O.Hallquist博士主持开发完成的，主要目的是为武器设计提供分析工具，后经1979、1981、1982、1986、1987、1988年版的功能扩充和改进，成为国际著名的非线性动力分析软件，在武器结构设计、内弹道和终点弹道、军用材料研制等方面得到了广泛的应用。
1988年J.O.Hallquist创建LSTC公司，推出LS-DYNA程序系列，主要包括显式LS-DYNA2D、LS-DYNA3D、隐式LS-NIKE2D、LS-NIKE3D、热分析LS-TOPAZ2D、LS-TOPAZ3D、前后处理LS-MAZE、LS-ORION、LS-INGRID、LS-TAURUS等商用程序，进一步规范和完善DYNA 的研究成果，陆续推出930版（1993年）、936版（1994年）、940版（1997年），950版（1998年）增加了汽车安全性分析（汽车碰撞、气囊、安全带、假人）、薄板冲压成形过程模拟以及流体与固体耦合（ALE和Euler算法）等新功能，使得LS-DYNA程序系统在国防和民用领域的应用范围进一步扩大，并建立了完备的质量保证体系。
1997年LSTC公司将LS-DYNA2D、LS-DYNA3D、LS-TOPAZ2D、LS-TOPAZ3D等程序合成一个软件包，称为LS-DYNA， LS-DYNA的最新版本是2008年5月推出的971版，它在970版基础上增加了不可压缩流体求解程序模块，并增加了一些新的材料模型和新的接触计算功能，详见以下介绍。
LS-DYNA程序971版是功能齐全的几何非线性（大位移、大转动和大应变）、材料非线性（140多种材料动态模型）和接触非线性（40多种接触类型）程序。
基于LS-DYNA矿用救生舱抗爆性能的仿真分析
基于LS-DYNA矿用救生舱抗爆性能的仿真分析作者：王长江胡元梁允魁来源：《科技视界》2012年第01期【摘要】目前矿用救生舱传统的设计方法主要基于密闭压力容器设计的传统经验设计法和参数类比法，该方法缺乏对结构进行较为深入的理论分析和力学计算，随着计算机技术的发展， LS-DYNA软件能够精确地模拟三维非弹性机构在高速碰撞、爆炸冲击下大变形动力响应，同时也为分析救生舱的抗爆动态特性，制定结构设计方案提供了良好的理论指导。
【关键词】矿用救生舱；抗爆炸性能；有限元分析；LS-DYNA0 引言矿用救生舱指在矿井下，发生灾难或意外事故时，矿井下作业人员用于逃生、避难等待救援的一个密封装置设备。
当发生矿难时，特别是瓦斯爆炸事故时，会产生强大的冲击波，要保证救生舱安全运行，救生舱舱体的抗爆抗变形能力就显得至关重要。
因此救生舱舱体设计时必须对救生舱的抗爆性能进行研究，检验舱体本身的结构强度及爆炸对舱内活体动物的致命影响，使舱体具有足够的刚度和强度来抵御外界爆炸时产生的强大的冲击力，以确保其能够真正成为矿山遇险时矿工的“救护神”。
目前我国对救生舱的设计方法主要基于密闭压力容器设计的传统的经验设计法和参数类比法，就是通过大量的实体实验来发现问题，再对设计方案加以改进。
救生舱实体抗爆试验，不仅需要消耗实际舱体材料的成本，而且需要齐全的试验设施和专业的技术人员配备，需要一定时间的运作周期。
并且如果试验失败，将给设计制造厂商带来相当大的经济损失，造成产品研发成本过高。
随着计算机技术的发展， LS-DYNA软件是一款功能齐全的几何非线性、材料非线性以及摩擦和接触分离等界面状态非线性有限元分析程序，能够精确地模拟三维非弹性机构在高速碰撞、爆炸冲击下大变形动力响应，同时也为分析救生舱的抗爆动态特性，制定结构设计方案提供了良好的理论指导。
1 LS-DYNA在救生舱抗爆性能分析中的应用利用LS-DYNA软件对救生舱抗爆炸冲击性能进行仿真分析，首先建立几何模型，然后在模型上进行网格划分、设置约束、载荷和边界条件，最后进行求解得出结果。
基于LS-DYNA的EPS垫层棚洞耗能减震分析
第43卷第2期• 50 •2 0 1 7 年 1 月山西建筑SHANXI ARCHITECTUREVol . 43 No . 2Jan . 2017文章编号：1009-6825 (2017) 02-0050-02基于LS -D Y N A 的E P S 垫层棚洞耗能减震分析+袁松黎良仆(四川省交通运输厅交通勘察设计研究院，四川成都610017)摘要:以某在建项目为背景，基于L S -D Y N A 建立了数值计算模型，模拟了落石冲击棚洞结构的全过程,揭示了 E P S 缓冲材料缓 冲耗能作用，结果表明:E P S 垫层棚洞较传统砂垫层棚洞抗落石冲击性能有一定提高,能广泛应用于实际工程中。
关键词:钢筋混凝土棚洞,E P S 聚苯乙烯垫层，落石，动力有限元 中图分类号:TU375.4〇引言我国西部地区地势险峻，落石灾害时有发生，对依山而建的 大量公路造成了严重威胁。
棚洞作为落石防护结构，耐久性高、 能够与环境协调发展，故而在西部山区公路广泛应用。
JTG/T D70—2010公路隧道设计细则[1]中对棚洞洞顶回填做 出了明确规定:当存在落石崩塌危害时，洞顶回填土厚度不宜小 于1.5 m ,对落石灾害严重区域应酌情加厚。
这样导致设计时截 面尺寸增大，配筋量增加，不利于结构抗震，建设成本也不易控 制。
通过在棚洞顶部混凝土板与回填土层之间铺设一层缓冲材 料，既减轻棚洞自重，又能吸收落石冲击能量，保护棚洞结构，故 成为该领域研究热点。
Zamani 等[2]首先在挡土墙与土体之间填 充EPS(聚苯乙烯）层，孙洪利等[3]在超前支护桩后设置E P S 垫 层，结果表明采用E P S 垫层后最大土压力都大大减小;何思明 等[4]将落石冲击E P S 垫层棚洞看成是正交各向异性复合板冲击 问题，求解了 E P S 垫层棚洞钢筋混凝土板的冲击动力响应理论 解。
纵观上述研究，缺少实际工程下的整体性研究。
本文在前人 基础上，基于LS-DYNA,结合实际在建项目，模拟落石冲击棚洞结 构全过程，以期为工程实际提出建议。
LS-DYNA材料模型及参数
LS-DYNA材料模型及参数目录1基本的状态方程 (2)1.1EOS_JWL (2)2.2EOS_GRUNEISEN (2)2.3EOS_LINEAR_POL YNOMIAL (3)2.材料模型 (3)2.1MA T_HIGH_EXPLOSIVE_BURN (3)RDX (5)HMX (5)TNT (5)1.2MA T_NULL (5)空气 (6)水 (6)1.3MA T_JOHNSON_COOK (7)紫铜 (8)钢 (8)1.4 MA T_PLASTIC_KINEMATIC (9)钢 (10)高导无氧铜 (10)土壤 (10)1.5MA T_STEINBERG (10)高导无氧铜 (12)1.6MA T_JOHNSON_HOLMQUIST_CERAMICS (12) B4C陶瓷 (14)1.7MA T_JOHNSON_HOLMQUIST_CONCRETE (14) 混凝土 (14)3其它材料参数 (15)L Y12CZ铝合金 (15)主要材料模型及参数1基本的状态方程1.1EOS_JWL2.2EOS_GRUNEISEN2.3EOS_LINEAR_POLYNOMIAL (对EOS_GRUNEISEN进行线性化)2.材料模型2.1MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURNRDX密度：1.69E+3 kg/m3；D: 8310m/s；Pcj ：30.45 GpaA:850 Gpa；B: 18 Gpa；R1: 4.6；R2: 1.3；w0.38；E0:10MJ/kgFor（g-cm-us）:*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN1 1.69 8.310 0.3015 0*EOS_JWL1 8.50 0.18 4.6 1.3 0.38 10 e-02 1.00 HMX密度：1.891 E+3 kg/m3, D：9910m/s，Pcj：42Gpa,A：778.3 Gpa；B：7. 1 Gpa；R1：4.1；R2：1.00；w0：30；E0：10. 5 MJ/kgFor（g-cm-us）:*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN1 1.89 9.910 0.42 0*EOS_JWL1 7.783 0.071 4.2 1.0 0.30 10.5 e-02 1.00TNT密度：1.63 E+3 kg/m3；D：6930 m/s；Pcj：27 Gpa：A：371.2 Gpa；B：3.21 Gpa；R1：4.15；R2：0.95；w0：30 E0:4.29 MJ/kgFor（g-cm-us）:*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN1 1.63 6.930 0.27 0*EOS_JWL1 3.713 0.0743 4.15 0.95 0.30 7.0 e-02 1.001.2MAT_NULL空气*MAT_NULLRO=1.25 kg/m3, PC= -1.0pa（<0）, MU=1. 7456E-5（动力粘性系数）*EOS_LINEAR_POLYNOMIAL1 ，0 Gpa，0 Gpa，0 Gpa，0，0.4 ，0.4 ，0253312.5， 1.0*MAT_NULL3 0.125e-02 -1.0E-12 1.749E-7 00000 0000 00 00 *EOS_GRUNEISEN3 0.3444 00000 0000 00000 1.40 00 0000/*EOS_LINEAR_POL YNOMIAL3 0 0 0 0 0.4 0.4 02.5000E-6 1水*MAT_NULL1, RO=998.21 kg/m3，PC= -10.0 pa，MU=0.8684E-3, 0, 0, 0, 0C:1480m/s，S1: 2.56，S2 :-1.986，S3 :0.2268, γ:0.4934，A:0.47，E0:0V0:1For（g-cm-us）:*MAT_NULL1 0.998 -1.0E-11 0.8684E-5 00000 0000 00 00 *EOS_GRUNEISEN1 1.65 1.92 -0.096 00000 0.350 00 00001.3MAT_JOHNSON_COOK紫铜EX=1.19*MAT_JOHNSON_COOK1 8.96000 0.460.900E-03 2.920E-03 0.310 0.250E-01 1.09 0.1356E+04 210 0.100E-050.383E-05 -9.00E+00 3.00 0.00 3.00 0.00 0.00 0.000.00*EOS_GRUNEISEN1 0.394 1.489 0.00 0.00 2.02 0.47 0.001.00钢EX=2.0*MAT_JOHNSON_COOK2 9.96000 0.460.900E-03 2.920E-03 0.310 0.25E-01 1.09 0.136E+04 210 0.100E-05 0.383E-05 -9.00E+00 3.00 0.00 3.00 0.00 0.00 0.000.00*EOS_GRUNEISEN1 0.394 1.489 0.00 0.00 2.02 0.47 0.001.001.4 MAT_PLASTIC_KINEMATICj S e H钢*MAT_PLASTIC_KINEMA TIC4 7.83 2.07 0.300 0.400E-02 5.00E-02 1.000.00 0.00 0.00高导无氧铜*MAT_PLASTIC_KINEMA TIC1 8.93 1.17 0.350000 0.400E-02 0.100E-02 1.000.00 0.00 0.00土壤*MAT_PLASTIC_KINEMA TIC1 7.80 2.1 0.300 0.023 0. 0240. 1.000 0 01.5MAT_STEINBERG高导无氧铜*MAT_STEINBERG2 8.93 0.477 0.120E-02 36.0 0.450 0.00 0.640E-02 2.83 2.83 0.377E-03 0.100E-02 63.5 0.179E+04 2.02 1.50 -9.00 3.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.000.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00*EOS_GRUNEISEN2 0.394 1.49 0.00 0.00 2.02 0.470 0.001.001.6MAT_JOHNSON_HOLMQUIST_CERAMICSB4C陶瓷*MAT_JOHNSON_HOLMQUIST_CERAMICS2 2510e-6 197e+3 0.927 0.7 0.005 0.85 0.671.0 260 0.2 19e+3 8.71e+3 1.00.001 0.5 233e+3 -593e+3 28e+5 0.11.7MAT_JOHNSON_HOLMQUIST_CONCRETE 混凝土$*MAT_JOHNSON_HOLMQUIST_CONCRETE$ 1 0.311E+04 20.87E+9 0.79 1.60 0.007 0.61 72E6 $ 5.2E6 1E-6 0.01 7.0 16E6 0.001 8E8 0.10$ 0.04 1.0 85E9 -171E9 208E93其它材料参数LY12CZ铝合金抗拉强度MPa 5240.2%屈服强度MPa462伸长率％11体膨胀系数m3(.m3.K)－168*10-620°C体积电导率％IACS33 20°C电阻率N .M 52.2 强性模具E/GPa 71硬度HB140-150密度KG.m-32810。
211021684_基于LS-DYNA的进路充填采矿法爆破对周围充填体的影响分析
２０２３年第３期／第４４卷 矿业工程丰金矿充填体７ｄ单轴抗压强度０．３５ＭＰａ的要求。
３）从经济角度对胶固粉代替水泥作为充填用胶凝材料进行评价，得到使用胶固粉代替水泥作为胶凝材料每年可节约充填成本约９５０万元。
［参考文献］［１］ 韩斌．金川二矿区充填体可靠度分析与１＃矿体回采地压控制优化研究［Ｄ］．长沙：中南大学，２００４．［２］ 王世昌．金川二矿磷石膏－矿渣基新型胶凝材料开发试验研究［Ｄ］．包头：内蒙古科技大学，２０１５．［３］ 张璐，吕广忠．金属矿山充填采矿法中充填材料的应用及展望［Ｊ］．现代矿业，２０１０，２６（１）：２０－２２．［４］ 董越．多固废资源在金川矿山充填采矿中协同综合利用研究［Ｄ］．北京：北京科技大学，２０１９．［５］ 唐志新，范东林，谢朝武．胶结充填材料优选及配比优化试验研究［Ｊ］．黄金，２０１９，４０（５）：３３－３７．［６］ 张雄天．膨胀充填材料的试验研究［Ｄ］．沈阳：东北大学，２０１４．［７］ 高玉倩，韩瑞亮，胡亚军，等．深井矿山低成本尾矿充填胶凝材料开发实验［Ｊ］．现代矿业，２０２０，３６（７）：７０－７２．［８］ 杨晓炳，高谦，武拴军，等．低成本充填采矿技术研究进展以及固结粉推广应用展望［Ｊ］．徐州工程学院学报（自然科学版），２０１９，３４（４）：５９－６３，６９．［９］ 罗文冲，王旭．大型地下铁矿山充填胶结剂优选试验研究［Ｊ］．采矿技术，２０１９，１９（４）：２３－２４．［１０］ 王湘桂，唐开元．矿山充填采矿法综述［Ｊ］．矿业快报，２００８（１２）：１－５．［１１］ 路世豹，李晓，廖秋林，等．充填采矿法的应用前景与环境保护［Ｊ］．有色金属（矿山部分），２００４（１）：２－４．［１２］ 仵锋锋．大能力低成本充填技术研究与应用［Ｊ］．矿业研究与开发，２０２２，４２（３）：２２－２７．［１３］ 张云韦，郭利杰，周光信，等．基于矿冶固废的膏体充填工艺技术及其应用［Ｊ］．黄金，２０２１，４２（８）：３２－３５．［１４］ 杨宫印，崔鹏艳，陈玉明．絮凝剂对溢流超细尾砂沉降特性影响的试验研究［Ｊ］．黄金，２０１９，４０（１１）：３１－３５．［１５］ 李兴尚．水砂胶结充填材料配合比的优化研究［Ｄ］．昆明：昆明理工大学，２００５．ＳｔｕｄｙｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｆｉｌｌｉｎｇｍｉｘｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｎｅｗｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｓＷｕＹａｎｐｅｉ１牞２牞ＨｅＸｕｅｈｅｎｇ３牞ＷａｎｇＮｅｎｇｙｕｅ２牞ＸｕＷｅｉｊｕｎ２牞ＰｅｎｇＷｅｉ２牗１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ牞ＪｉａｎｇｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ牷２．ＧｕｉｚｈｏｕＪｉｎｆｅｎｇＭｉｎｉｎｇＬｔｄ．牷３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ牞ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ牘Ａｂｓｔｒａｃｔ牶Ｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｂｅｎｅｆｉｃｉａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ牞ｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｆｉｎｅ ｇｒａｉｎｅｄｔａｉｌｉｎｇｓｐｒｏｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒｉｎｃｒｅａｓｅｓｇｒａｄｕａｌｌｙ牞ａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｂａｃｋｆｉｌｌｓｄｅｃｒｅａｓｅｓ．Ｔｏｍｅｅｔｔｈｅｍｉｎｅ ｓｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｆｏｒｔｈｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｂａｃｋｆｉｌｌｓ牞ｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｈａｓｔｏｂｅｉｎｃｒｅａｓｅｄ牞ｗｈｉｃｈｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｆｉｌｌｉｎｇｃｏｓｔａｎｄａｆｆｅｃｔｓｔｈｅｍｉｎｅ ｓｉｎｃｏｍｅ．ＧｉｖｅｎｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｅｘｉｓｔｉｎｇｉｎｔｈｅｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｆｉｌｌｉｎｇｂｏｄｙｉｎＪｉｎｆｅｎｇＧｏｌｄＭｉｎｅ牞ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｕｓｅｄａｎｄｕｓｅｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｐｏｗｄｅｒｔｏｒｅｐｌａｃｅｃｅｍｅｎｔａｓｔｈｅｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｆｉｌｌｉｎｇ．Ｔｈｅｆｉｌｌｉｎｇｍｉｘｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｔｅｓｔｏｎｔｈｅｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｐｏｗｄｅｒａｎｄｃｅｍｅｎｔｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏｖｅｒｉｆｙｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｐｏｗｄｅｒｒｅｐｌａｃｉｎｇｃｅｍｅｎｔａｓｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｏｎｔｈｉｓｂａｓｉｓ牞ｔｈｅｍｉｘｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｔｅｓｔｏｎｔｈｅｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｐｏｗｄｅｒｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｓｅｐａｒａｔｅｌｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅｓｌｕｒｒｙｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｉｓ６５％牞ｔｈｅ５．５％ｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｐｏｗｄｅｒａｄｄｉｔｉｏｎｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｔｈａｔｔｈｅ７ｄｕｎｉａｘｉａｌｃｏｍ ｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈｉｎｔｈｅｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＪｉｎｆｅｎｇＧｏｌｄＭｉｎｅｉｓ０．３５ＭＰａ．Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｉｎｔｅｒｍｓｏｆｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｕｓｉｎｇｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｐｏｗｄｅｒｉｎｓｔｅａｄｏｆｃｅｍｅｎｔａｓｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｃａｎｓａｖｅｆｉｌｌｉｎｇｃｏｓｔｓｂｙ９．５ｍｉｌｌｉｏｎｙｕａｎ／ａ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ牶ｆｉｌｌｉｎｇｃｏｓｔ牷ｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌ牷ｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｐｏｗｄｅｒ牷ｃｅｍｅｎｔ牷ｍｉｘｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ牷ｕｎｉａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈ矿业工程黄 金ＧＯＬＤ２０２３年第３期／第４４卷基于ＬＳ－ＤＹＮＡ的进路充填采矿法爆破对周围充填体的影响分析收稿日期：２０２２－１２－２０；修回日期：２０２３－０１－１１基金项目：国家自然科学基金面上项目（５１９７４０４３）作者简介：薛田喜（１９７４—），男，高级工程师，从事矿业工程技术管理工作；Ｅ ｍａｉｌ：１７９６０５３９８＠ｑｑ．ｃｏｍ薛田喜（山东黄金矿业（莱州）有限公司焦家金矿）摘要：焦家金矿采用下向进路充填采矿法开采时，矿体爆破对旁侧进路的充填体造成很大的影响。
基于LS-DYNA的EPS垫层棚洞耗能减震分析
基于LS-DYNA的EPS垫层棚洞耗能减震分析
袁松;黎良仆
【期刊名称】《山西建筑》
【年(卷),期】2017(043)002
【摘要】以某在建项目为背景,基于LS-DYNA建立了数值计算模型,模拟了落石冲击棚洞结构的全过程,揭示了EPS缓冲材料缓中耗能作用,结果表明:EPS垫层棚洞较传统砂垫层棚洞抗落石冲击性能有一定提高,能广泛应用于实际工程中.
【总页数】2页(P50-51)
【作者】袁松;黎良仆
【作者单位】四川省交通运输厅交通勘察设计研究院,四川成都610017;四川省交通运输厅交通勘察设计研究院,四川成都610017
【正文语种】中文
【中图分类】TU375.4
【相关文献】
1.冲击荷载下EPS垫层棚洞耗能减震作用研究 [J], 王东坡;何思明;李新坡;向波
2.落石冲击荷载作用下EPE垫层棚洞缓冲作用研究 [J], 黎良仆;袁松;谢凌志;赵鹏
3.滚石防护棚洞EPS垫层结构缓冲作用研究 [J], 王东坡;何思明;吴永;李新坡
4.基于Matlab及LS-DYNA的断裂导线冲击铁路棚洞仿真平台 [J], 秦鹏霄;胡先茂;阎顺;沈磊;石建峰
5.基于离散元-有限差分耦合的滚石冲击棚洞垫层动力响应研究 [J], 王东坡;刘浩;裴向军;孙新坡;周良坤;刘彦辉
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AnsysLS-Dyna在抗台风竹木结构大棚设计中的应用
图1葡萄大棚的示意图一、引言从20世纪80年代，国内外学者开始风荷载作用下大棚结构承载力的研究。
Well 和Hoxey 进行了五种形状的玻璃大棚在自然风条件下超过90度范围的全尺寸模型实验研究，考虑了风的方向的短时改变。
Moran 对大棚（27.8m ×21.5m ）进行了全尺寸风压实验研究，显示建筑的几何效应对风载压力系数的关系；Richardsan 针对设与不设防风篱情况下的塑料薄膜大棚的风荷载进行了全尺寸实验研究，并对可渗透风的防风篱对连栋大棚小环境和连栋大棚结构的影响进行了深入的研究。
2000年，周长吉在风、雪载荷分级方面取得了较大的成果。
2012年，汤庆等设计出了一种新型的双层拱架结构塑料大棚，工况选择分为雪载与恒载结合及风载与恒载结合两种情况，对该结构的骨架进行了受力分析。
该分析方法对大棚结构设计人员进行结构研究设计起到了指导性的作用。
目前，我国正处在大棚设施大力发展的阶段，在农业生产中，出现了多样的大棚结构。
但由于大棚的规范措施滞后，各类大棚的设计制造，尤其是选型、设计和配套技术还不成熟。
目前，大部分的农用塑料大棚为竹木结构，存在棚内柱子多，作业不方便，特别针对沿海地区，抗台风能力差，稳定性不够的问题尤为突出。
浙江省2012年的大棚葡萄产量达到60万吨，产值达到25亿元，但台风造成的葡萄损失达到几个亿。
这暴露出目前大棚结构设计中存在的严重问题，且不说很多毁坏严重的为简易的竹木结构大棚，包括很多连栋大棚，在设计造型上也存在弱点，特别是顶通风的连栋大棚，其拱棚上都未设置压模线，顶上的棚膜仅靠几道卡槽力固定，强度较低。
正规厂家生产的连栋大棚虽然钢质骨架的强度较大，但成本高，防腐解决不了，普通农民也很难承受高成本。
如何在节约成本的情况下对现有竹木结构进行抗台风的优化设计是目前亟待解决的重要问题，目前国内未见报道。
本文采用An-sys/LS-Dyna 模块对实际倒塌的整体大棚结构进行了动态分析，找到大棚在台风中的受力最大处。
基于LS-DYNA的新型棚洞板耗能减震分析
华中科技大学硕士学位论文基于LS-DYNA的新型棚洞板耗能减震分析姓名：周继云申请学位级别：硕士专业：固体力学指导教师：李振环2011华中科技大学硕士学位论文摘 要我国西部山区是地质灾害多发的地区，由地震、滑坡、泥石流等地质灾害引发的山体崩塌、滚石抛落的灾害时常发生，造成的桥墩砸断、公路瘫痪事故日益突出，因而对滚石灾害进行防护研究有着非常重要的工程意义。
棚洞板防护结构，凭借低廉的成本和较好的力学性能被广泛用于滚石灾害防护。
Tonello I.C.Office在2001年提出了新型棚洞板耗能器结构-SDR（Structurally Dissipating Rock-sheds），它由钢筋混凝土板（不覆盖缓冲垫层）和支撑混凝土板的圆柱壳吸能支座组成。
金属薄壁结构，凭借其价格低廉，良好的吸能性能和稳定性，在高速冲击碰撞中广泛被用作吸能构件。
随着对圆柱壳的研究的成熟，学者们相继对方形、十字形等其他截面形式的薄壁结构以及层合圆柱壳，内填充泡沫等组合结构展开了研究。
本文以显式有限元理论(Explicit FEM)为基础，基于大型显式有限元程序LS-DYNA，对圆柱壳在冲击载荷下的屈曲变形和吸能关系进行了研究，在此基础上，对滚石冲击下的SDR结构进行多工况的三维参数化数值研究。
计算结果表明：1、相同长度、相同壁厚下,周长相等的十字形管和方形管的压溃力峰值大于方形内接圆形管；十字形管和方形管的压溃力平均值小于内接圆形管，相同质量下圆管吸能效果更好。
2、圆柱壳的屈曲模式决定了其吸能特性，圆柱壳的长径比、径厚比对其屈曲模式有着很大的影响。
此外，圆柱壳的能量吸收值与材料的屈服应力成正比。
3、滚石正向冲击和斜向冲击中，当圆柱壳耗能器组数空间排布从四组增加至五组，混凝土板耗散的能量以及损伤程度均降低。
4、增加圆柱壳耗能器的壁厚可以提升棚洞板结构的耗能减震效果，当四组圆柱壳耗能器的壁厚增加为8mm，五组圆柱壳耗能器的壁厚增加至7mm以后，再增加壁厚对耗能减震效果的提升不显著。
半拱形公路棚洞结构抗冲击性能优化
半拱形公路棚洞结构抗冲击性能优化林立宏;秦伟;吴清;彭泽友【摘要】利用ANSYS/LS-DYNA软件模拟落石冲击荷载作用下半拱形棚洞结构的动力特性,在分析棚洞结构受力变形的基础上,探索其抗冲击性能优化方法,提出通过调整棚洞截面形式控制应力扩散路径,从而提高棚洞的抗冲击性能.研究表明:将半拱形棚洞拱墙和顶板的连接断面向立柱方向水平偏移,使棚洞拱墙半径增大,水平顶板宽度减小,能有效降低滚石冲击引起的最大等效应力,减小棚顶的最大变形量,增强棚洞结构的抗冲击性能.【期刊名称】《筑路机械与施工机械化》【年(卷),期】2017(034)005【总页数】4页(P55-58)【关键词】半拱形棚洞;抗冲击性;数值模拟;结构优化【作者】林立宏;秦伟;吴清;彭泽友【作者单位】台州市交通投资集团有限公司,浙江台州 318001;中交第一公路勘察设计研究院有限公司,陕西西安 710075;西安中交土木科技有限公司,陕西西安710075;中交第一公路勘察设计研究院有限公司,陕西西安 710075;西安中交土木科技有限公司,陕西西安 710075;中交第一公路勘察设计研究院有限公司,陕西西安 710075;西安中交土木科技有限公司,陕西西安 710075【正文语种】中文【中图分类】U417.9山区公路的发展为滚石防护棚洞的广泛使用提供了契机.随着工程数量的增多,棚洞结构的安全性越来越受到重视[1-7].工程中已经出现不少棚洞因设计欠妥等原因,在遭到落石冲击时无法满足强度要求而被砸坏[8].因此,如何提高落石冲击作用下棚洞结构的抗冲击特性从而防灾减灾,是一个急需解决的问题.目前,棚洞的型式多样,其中以半拱形钢筋混凝土棚洞的应用最为广泛.本文以已有的工程案例为原型,采用ANSYS/LS-DYNA软件分析滚石冲击作用下半拱式棚洞结构的受力变形特性,探索半拱式棚洞结构的抗冲击优化.棚洞基本组成要素包括基础、立柱(斜柱或直柱)、顶板和拱墙[9-11].根据棚洞结构的断面形状可将其分为2种,即半拱直柱式棚洞和半拱斜柱式棚洞,如图1所示. 1．1 计算模型几何模型由棚洞结构主体、棚顶缓冲土层和滚石3部分组成.棚洞结构宽度为12 m,高度为6 m,内轮廓为半径6 m的单心圆,棚洞为斜柱式时柱的倾角为75°;棚顶回填倾角为0．1∶1的缓冲土层,滚石冲击位置上覆土厚度为2 m;滚石等效直径为2 m,下落高度为10 m.考虑到棚洞结构在长度方向的对称性,本文沿长度方向取一跨即8 m进行分析.(1)定义单元类型.选用ANSYS/LS-DYNA中的SOLID 164实体单元进行建模.(2)选择材料属性.钢筋混凝土棚洞结构主体采用适用于大变形的MJH材料模型,棚顶填土选用接近土体材料性质的DP材料模型,滚石则选用刚体材料模型.(3)网格划分.棚洞的动力特性是本文研究的重点,因此采用扫掠网格划分方式对棚洞主体和棚顶缓冲土层进行网格划分.生成的有限元模型规模分别为:半拱直柱式棚洞主体结构关键点38个、单元2 373个,棚顶填土关键点18个、单元6 531个;半拱斜柱式棚洞主体结构关键点38个、单元2 043个,棚顶填土关键点18个、单元6 531个.(4)初始条件.初始时刻,落石和填土恰好接触,滚石下落高度为10 m,因此初始时刻落石的运动速度为－14 m·s－1.计算时,以自重应力场为主.(5)边界条件.模型左边界取棚洞断面左侧,右边界取棚顶填土右侧边界,下边界取立柱和拱墙基础底面,计算时在右边界和下边界施加全约束[12].通过上述步骤建立图2所示的2种半拱形棚洞结构的有限元计算模型.计算时用到的材料力学参数见表1.1．2 计算结果分析2种不同类型棚洞的等效应力云图如图3所示.从图3可以看出:在滚石冲击作用下,半拱式棚洞的最大等效应力出现部位均为棚洞立柱顶部与顶板交接处柱内侧;2种棚洞在同等冲击条件下出现最大等效应力的历时不同,半拱直柱式棚洞为0.055 s,半拱斜柱式棚洞为0.045 s;在同等冲击条件下2种棚洞的最大等效应力不同,半拱直柱式棚洞为9.2 MPa,半拱斜柱式棚洞为7.2 MPa.图4为落石正下方棚洞顶板处的变形曲线.从图4可以看出:2种半拱式棚洞的冲击位置正下方顶板处的位移达到最大值后,以小幅震荡的方式减小;2种棚洞在同等冲击条件下的棚顶位移最大值不同,半拱直柱式棚洞棚顶的位移最大值为0.002 5 m,半拱斜柱式棚洞为0.002 m;2种棚洞在同等冲击条件下出现最大变形的历时也不同.2．1 半拱式棚洞抗冲击性能优化工程上用于提高棚洞结构抗冲击性能的方式通常有2种——提高结构强度或优化结构形式,以此减小应力变形[13-17].本文考虑采用优化结构形式(即优化截面形式)的方法提高半拱式棚洞的抗冲击性能,即通过控制结构内部应力的扩散路径,将应力有效地传递到指定部位,从而达到提高结构抗冲击性能的目的.具体方法为:增大棚洞拱墙半径,将半拱式棚洞模型中拱墙和顶板的连接断面向立柱方向水平偏移1．2 m,使水平顶板宽度减小、拱墙曲率半径增加.这样落石冲击位置处的棚洞结构向山体方向倾斜,冲击力向连续拱墙方向扩散,从而减小立柱所承受的应力,如图5所示.2．2 优化前后棚洞的抗冲击性能对比半拱直柱式棚洞结构优化前后的最大等效应力对比曲线和滚石正下方棚洞顶板的变形对比曲线如图6所示.半拱斜柱式棚洞结构优化前后的最大等效应力对比曲线和滚石正下方棚洞顶板的变形对比曲线如图7所示.从图6可以看出:半拱直柱式棚洞结构优化前的最大等效应力为9.15 MPa,优化后为8.53 MPa,减小了约6.8%;半拱直柱式棚洞结构优化前冲击位置正下方棚洞顶板处的位移为2.5 mm,优化后为1.9 mm,减小了约24%.从图7可以看出:半拱斜柱式棚洞结构优化前的最大等效应力为7.2 MPa,优化后为6.9 MPa,减小了约4.2%;半拱斜柱式棚洞结构优化前冲击位置正下方棚洞顶板处的位移为2.0 mm,优化后为1.6 mm,减小了约25%.综上可知:同等条件下,拱墙和顶板的连接断面向立柱方向水平偏移,使半拱式棚洞拱墙曲率半径增加、水平顶板宽度减小,能有效降低滚石冲击引起的最大等效应力,减小棚顶的最大变形量.本文采用ANSYS/LS-DYNA软件模拟半拱式棚洞在滚石冲击下的动力特性,探索了棚洞的抗冲击优化结构形式,得到以下结论.(1)在滚石冲击作用下,半拱式棚洞最大等效应力出现的部位均为棚洞立柱顶部与顶板交接处柱内侧;2种棚洞在同等冲击条件下出现最大等效应力的历时不同;2种棚洞的最大等效应力不同,半拱直柱式棚洞的最大等效应力要比半拱斜柱式大很多.(2)2种棚洞在同等冲击条件下棚顶出现最大变形的历时不同,且半拱直柱式棚洞的位移最大值比半拱斜柱式棚洞大很多.(3)对比分析了优化前后半拱式棚洞的最大等效应力和冲击位置正下方棚洞顶板处的变形情况;结果证明,增加拱墙曲率半径并减小水平顶板宽度的方法能有效控制应力扩散,降低最大等效应力与顶板变形.【相关文献】[1] DAI F C,LEE C F,NGAI Y Y．Landslide Risk Assessment and Management:AnOverview[J]．Engineering Geology, 2002,64(1):65-87．[2] 余志祥,许浒,吕蕾,等．落石冲击对山区桥梁墩柱破坏的影响[J]．四川大学学报:工程科学版,2012,44(6):86-91．[3] PEILA D,PELIZZA S．Criteria for Technical and Environmental Design of TunnelPortals[J]．Tunneling and Underground Space Technology,2002,17(4):335-340．[4] 李现宾．成昆线危岩落石病害整治中的棚洞设计[J]．现代隧道技术,2009,46(5):19-22．[5] SHIRAIA T,KAMBAYASHI A,OHNO T,et al．Experiment and Numerical Simulation of Double Layered RC Plates Under Impact Loadings[J]．Nuclear Engineering andDesign,1997, 176(3):195-205．[6] MOUGIN J P,PERROTIN P,MOMMESSIN M,et al．Rock Fall Impact on Reinforced Concrete Slab:An Experimental Approach [J]．International Journal of Impact Engineering,2005,31(2): 169-183．[7] 王东坡,何思明,李新坡,等．冲击荷载EPS垫层棚洞耗能减震作用研究[J]．四川大学学报:工程科学版,2012,44(16): 102-107．[8] 叶四桥．隧道洞口段落石灾害研究与防治[D]．成都:西南交通大学,2008．[9] 伍臣宇,高峰．地震区棚洞合理结构形式的研究[J]．重庆交通大学学报:自然科学版,2013,32(1):27-31．[10] 刘元雪,蒋树屏,谢锋．基于环境保护的大跨棚洞结构型式优化研究[J]．公路隧道,2007(4):1-5．[11] 黄伦海,蒋树屏,胡学兵．公路棚洞结构形式初探[J]．公路交通技术,2009(6):110-115．[12] 胡学兵,黄伦海．棚洞结构模型试验研究[J]．公路交通技术, 2011(4):1-6．[13] 何思明,吴永．新型耗能减震滚石棚洞作用机制研究岩[J]．石力学与工程学报,2010,29(5):926-932．[14] 张文成,何思明,吴恒滨,等．基于能量原理的滚石棚洞抗冲切设计[J]．兰州大学学报:自然科学版,2013,49(5):621-626．[15] 裴向军,刘洋,王东坡．滚石冲击棚洞砂土垫层耗能缓冲机理研究[J]．四川大学学报:工程科学版,2016,48(1):15-22．[16] 杨璐,李士民,吴智敏,等．滚石对棚洞结构的冲击动力分析[J]．交通运输工程学报,2012,12(1):25-30．[17] 向波,何思明,庄卫林,等．滚石冲击荷载下垫层材料的动力响应研究[J]．公路交通科技,2015,32(1):45-49．。
最新LS-DYNA的一些基本资料
SHELL163 薄壳单元（续）
• Hughes-Liu 壳单元算法有 4 种变化形式:
普通
co-rotቤተ መጻሕፍቲ ባይዱtional
普通 “完全简化”
CPU factor 2.45*BT KEYOPT(1)=1
1 integration point
CPU factor 1.49*BT KEYOPT(1)=11
– 完全积分 (2x2x2 积分)
• 求解慢，但无沙漏 • 使用大的泊松比时谨慎
• 建议不用退化四面体单元 • 对于显式动力分析最好用映射网格，拖拉出的带金字塔形网格也
– BCIZ三角形壳 (KEYOPT(1)=3) • 基于 Kirchhoff板理论 •慢
– 但是, 在混合网格中, C0 三角形壳体 比退化 4节点单元算法好. 因此当面网格混合划分时（自由网格剖分），经常用到以下命 令: • EDSHELL, , , , , ,ITRST
– ITRST = 1 : 退化四边形壳体处理为三角形壳 (default) – ITRST = 2 :退化四边形壳体不变
建议刚度系数不超过0.15
5: 局部增加弹性刚度 – 有时只需用 EDMP, HGLS 命令增加某些特定材料或区域单元 的刚度即可达到目的.
ANSYS/LS-DYNA Training
如何定义显式动力单元
显式动力单元通过标准ANSYS步骤定义： – Step 1: Select LS-DYNA Explicit for ANSYS GUI filtering Main Menu : Preferences:
长 的 时 间 隧 道，袅
LS-DYNA的一些基本资料
lsdyna中关于材料失效
lsdyna中关于材料失效关于 Ls-Dyna中材料失效准则的定义关于dyna中材料失效准则的定义有些材料类型中有关于失效准则的定义，但是也有些材料类型没有失效准则的材料类型，这时需要额外的失效准则定义，与材料参数一块定义材料特性。
需要用到*mat_add_erosion关键字，对于这个关键字有几个需要注意的地方。
1、材料的通用性破坏准则 :`材料通常为拉破坏或者剪切破坏，静水压是以压为正，拉为负，所以静水压破坏就是给出最小的承受压力，当然需要小于0(即拉力)，如果静水压小于该值，则材料破坏。
相反，应力则是以压为负，拉为正，故最大主应力或最大等效应力或最大剪应力破坏等等都是给出最大的应力极限，当然大于0，如果拉应力大于该值，则材料破坏，无论是*MAT_ADD_EROSION，还是材料内部自带的破坏准则还是其他软件，都遵循以上准则。
注意:屈服不是失效。
2、单元失效模拟的功能与目的单元删除功能是为了克服有限元本身的缺陷而提出的一项方法，由于有限元本身是基于连续介质力学的，而在连续介质力学中，所研究的物体需要是连续的，既物质域在空间中连续。
在这样的理论假设框架下，单元本身是不会消失的。
然而在实际情况下，由于损伤断裂的存在，势必会使得一些单元消失或者完全的失效，所以为了能够模拟这种情况，DYNA 提供了单元失效功能。
破坏、失效、断裂，都是工程性的概念，它表示在达到某一准则后，结构、构件、或者构件中的某一部分，从结构中退出工作，不再影响整体结构的受力。
而从有限元概念上说，对上述机制的模拟，基本手段都是一样的，就是当满足某一指标(比如某个应变大小)后，将一个单元或者一个积分点的质量、刚度和应力、应变都设为零(或者非常接近与零)，这样它在整体结构计算中就不再发挥作用，进而实现了退出工作机制的模拟。
所以，无论是把纤维模型中的某个纤维、或者分层壳模型中的某一层、或者实体模型中的某个积分点，或者结构中的某个单元，让其不再参与整体结构计算，都可以达到模拟破坏退出工作的目的。
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华中科技大学硕士学位论文基于LS-DYNA的新型棚洞板耗能减震分析姓名：周继云申请学位级别：硕士专业：固体力学指导教师：李振环2011华中科技大学硕士学位论文摘 要我国西部山区是地质灾害多发的地区，由地震、滑坡、泥石流等地质灾害引发的山体崩塌、滚石抛落的灾害时常发生，造成的桥墩砸断、公路瘫痪事故日益突出，因而对滚石灾害进行防护研究有着非常重要的工程意义。
棚洞板防护结构，凭借低廉的成本和较好的力学性能被广泛用于滚石灾害防护。
Tonello I.C.Office在2001年提出了新型棚洞板耗能器结构-SDR（Structurally Dissipating Rock-sheds），它由钢筋混凝土板（不覆盖缓冲垫层）和支撑混凝土板的圆柱壳吸能支座组成。
金属薄壁结构，凭借其价格低廉，良好的吸能性能和稳定性，在高速冲击碰撞中广泛被用作吸能构件。
随着对圆柱壳的研究的成熟，学者们相继对方形、十字形等其他截面形式的薄壁结构以及层合圆柱壳，内填充泡沫等组合结构展开了研究。
本文以显式有限元理论(Explicit FEM)为基础，基于大型显式有限元程序LS-DYNA，对圆柱壳在冲击载荷下的屈曲变形和吸能关系进行了研究，在此基础上，对滚石冲击下的SDR结构进行多工况的三维参数化数值研究。
计算结果表明：1、相同长度、相同壁厚下,周长相等的十字形管和方形管的压溃力峰值大于方形内接圆形管；十字形管和方形管的压溃力平均值小于内接圆形管，相同质量下圆管吸能效果更好。
2、圆柱壳的屈曲模式决定了其吸能特性，圆柱壳的长径比、径厚比对其屈曲模式有着很大的影响。
此外，圆柱壳的能量吸收值与材料的屈服应力成正比。
3、滚石正向冲击和斜向冲击中，当圆柱壳耗能器组数空间排布从四组增加至五组，混凝土板耗散的能量以及损伤程度均降低。
4、增加圆柱壳耗能器的壁厚可以提升棚洞板结构的耗能减震效果，当四组圆柱壳耗能器的壁厚增加为8mm，五组圆柱壳耗能器的壁厚增加至7mm以后，再增加壁厚对耗能减震效果的提升不显著。
5、双层圆柱壳结构的耗能器能够吸收更多的能量，内填充泡沫铝的圆柱壳在SDR 结构中吸能作用不明显。
关键字：滚石冲击；棚洞板；薄壁圆柱壳屈曲；吸能华中科技大学硕士学位论文AbstractGeological disasters are common in western mountainous areas of our country where mountain collapse and rock-falls are always induced by earthquakes, landslides, debris flow and other geological disasters. The cost of destruction of highways and bridges caused by geological disasters is increasing rapidly these years. Therefore it is of great significance to study the rock-falls protective structures.As a low-cost, simple and effective protective structure against rock fall, rock-sheds have been used more and more widely used nowadays. A new concept of rock-shed protection was proposed by TonelloI.C.Office in 2001. It consists of a reinforced concrete slab (not covered by any cushion) and cylindrical shell supports designed to dissipate the energy of rocks hitting on the edge of the slab.Light thin-walled metal structures were widely used in high-speed impact as energy absorbers because of its low cost, good energy absorption capacity and reliability.With the development and maturity of the circular tube study, scholars have proposed other section tubes, such as square cross section and, crisscross section and a variety of thin-walled composite structures, such as including the double cylindrical shell, and foam-filled structures.Based on the theory of dynamic explicit Finite Element Method (FEM) and LS-DYNA program, relationship between deformation modes and energy absorption of the tube under axial crushing was well studied. On that basis, three-dimensioned parametric studies on the new rock-sheds in multiple load cases were conducted.The numerical results show that：1、With the same length and same thickness, crushing force peak of cross tubes and square tubes with the same perimeter was larger than square-containing circular tubes; Average crushing force of cross tubes and square tubes was smaller than square-containing circular tubes. The latter had better energy absorption capacity2、Energy absorption capacity of the tube depended on the deformation mode, the length-diameter ratio and diameter- thickness ratio had significant influence in deformation mode. Besides, energy absorption capacity was in proportion with the material yield stress华中科技大学硕士学位论文3、When cylindrical shells energy absorber sets increased from four to five, the shed's dissipation energy and damage decreased under both vertical impact and slant impact.4、Increasing the thickness of the shell could enhance the energy absorption capacity, when the thickness was increased lager than 8mm and 7mm for four and five columns cases respectively, the enhancement of energy absorbing capacity was not significant anymore.5、The double-layered cylinder shell structure could absorb more energy than single-layer shell, while the fill of aluminum foam filler in metal cylinder shell did not have significant influence in SDR structure.Keywords: rock-fall impact; rock-shed; cylindrical shell buckling; energy dissipating;独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名：日期：年 月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并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。
本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入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和汇编本学位论文。
保 密□ ，在_____年解密后适用本授权书。
本论文属于不保密□。
学位论文作者签名： 指导教师签名：日期： 年 月 日 日期： 年 月日华中科技大学硕士学位论文1 绪论1.1 选题背景我国是一个地质灾害多发的国家，由地震、滑坡、泥石流等地质灾害引发的山体崩塌、滚石抛落的现象非常多见，当这种现象发生在居民区或其他建筑物的附近时，滚石强大的冲击力便对其运动范围内的物体构成威胁，甚至造成破坏。
据资料统计[1-5],80年代期间宝成铁路大滩至军师庙段山体岩石破碎共发生了46次滚石灾害，严重威胁人员的生命安全和列车的正常运营；07年湖北宜万铁路高阳寨隧道口巨石抛落，当场造成途经的客车内35名乘客死亡；08年汶川地震中40%的桥梁破坏为巨石抛落砸断,影响了救生工作的展开；09年彻底关大桥在修复不到一年时间再次被巨石砸坏，使得都江堰与阿坝州的交通中断。