岩石冲击破坏的流形元与有限元模拟对比分析

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1、第16卷第3期工程爆破Vo1．16．No．32010年9月ENGINEERINGBLASTINGSeptember2010文章编号：1OO6—7051(2010)03—0016—05岩石冲击破坏的流形元与有限元模拟对比分析吕树进，吕淑然，刘红岩。(1．保定学院数学与计算机系，河北保定071000；2．首都经济贸易大学安全与环境学院，北京100026；3．中国地质大学(北京)工程技术学院，北京100083)摘要：流形元是新出现的一种被较为广泛地应用于材料破坏模拟的数值分析方法。为了验证该方法在材料破坏模拟中的有效性，分别利用流形元与有限元两种不同的数值方法对岩石冲击

2、破坏过程进行了模拟分析。模拟结果表明，流形元法对材料破坏的模拟结果更符合实际情况，这主要是由于该方法采用了两种不同的覆盖系统——数学覆盖和物理覆盖，并引入能够客观反映材料裂纹的产生与扩展准则，以及相应的块体运动理论。流形元的出现有望对材料破坏模拟开创出一条新的途径。关键词：岩石冲击破坏；数值模拟；流形元；有限元；对比分析中图分类号：TD235．47文献标识码：ACOMPARISONANALYSIS0FR0CKIMPACTFAILURESIMULATIONBYMANIFoLDELEMENTMETHODANDFINITEELEMENTMETHoDLShu-jin，LS

3、hu—ran。，LHong-yan。(1．TheMathematicandComputerDepartmentofBaodingUniversity，Baoding071000，Hebei，China；2．SchoolofSafetyandEnvironmentEngineering，CapitalUniversityofEconomicsandBusiness，Beijing100026，China；3．CollegeofEngineering&Technology，ChinaUniversityofGeoseiences(Beijing)，Beijing100

4、083，China)ABSTRACT：Manifoldelementmethodisanewkindofnumericalanalysismethod，whichisratherwidelyusedinsimulationanalysisofmaterialfailure．Inordertoverifyitsvalidityinsimulationofmaterialfail—ure，suchtwonumericalmethodsasmanifoldelementmethodandfiniteelementmethodwererespectivelyadopted

5、tOsimulaterockimpactfailure．Thesimulationresultsshowedthatmanifoldelementmethodwasmoreinagreementwithactualconditions．Themainreasonwasthatmanifoldelementmethodadoptedsuchtwotypesofcoversystemsasmathematicalcoverandphysicalcover，andintroducedtheoccurrenceandpropagationcriterionsofcrack

6、s，andcorrespondingtheoryofblockmovement．Theappearanceofmanifoldelementmethodwashopefulininauguratinganewpathtothesimulationofmaterialfailure．KEYWORDS：Rockimpactfailure；Numericalsimulation；Manifoldelementmethod；Finiteelementmethod；Comparisonanalysis提出有限元以来n，数值计算方法就开始在工程结引口构分析、流体分析及场分析等

7、众多领域中得到广泛自1960年Clough最先在进行飞机结构分析时的应用，同时数值方法本身也得到不断的发展与完善。目前从种类上来说，主要包括有限元法、离散元收稿日期：2009—12—09法和流形元三类。这三类数值方法在实际应用中各作者简介：吕树进，高级工程师、硕士，主要从事计算机及数值有一定的优缺点，如有限元法在求解连续介质发生计算教学科研工作。吕树进等：岩石冲击破坏的流形元与有限元模拟对比分析·17·连续变形时非常有效，而离散元法在求解非连续材断裂动力学问题。断裂动力学就是研究那些惯性效料发生非连续变形时非常有效。然而随着生产实践应不能忽略的断裂力学问题，其求解

8、方法明显不