单颗粒材料冲击破碎三维数值模拟

摘要

冲击破碎研究不仅是粉体技术等行业共同关注的问题，也是固体物理学的主要课题之一。人们除了应用弹塑性力学、断裂力学、损伤力学、应力波理论等建立了一些力学模型进行动力学分析，并解释了一些破碎现象之外，还应用光弹实验、高速摄影和数值模拟再现单颗粒冲击破碎过程，为人们直观感受应力波的传播、裂纹的生成和扩展。
　　 由于单颗粒脆性材料冲击破碎机理的重要性，本文从冲击破碎的基本理论出发，应用ANSYS/LS-DYNA软件对玻璃球和滑石块的冲击破碎进行数值模拟。文中第一章是对冲击破碎理论的研究状况进行了概述；第二章介绍了单颗粒材料的冲击破碎理论，这些理论的应用对于数值模拟的分析起着关键的作用；第三章简单叙述了ANSYS/LS-DYNA基本理论和CAE分析过程；第四章和第五章分别进行了玻璃球和滑石块的冲击破碎三维数值模拟。
　　 通过LS-DYNA三维数值模拟分析，再现了冲击破碎过程中应力波在模拟对象中的传播，以及作用过程。应用应力波理论合理解释了数值模拟中的层裂、张开型裂纹等现象的产生，并与课题组完成的二维MCA数值模拟结果对比明显优于二维MCA数值模拟，得出合乎实际的仿真结果。对深入研究单颗粒材料冲击破碎机理有一定的指导意义。