Page 86 - 《爆炸与冲击》2025年第5期

第 45 卷 左 庭，等： 冲击荷载下含铜矿岩能量耗散的数值模拟 第 5 期

4.2.2 模型的建立
采用 gmsh 软件建立凝灰岩冲击破坏模型，
模拟不同冲击荷载下含铜凝灰矿岩的动态响应
D rock =50.0 mm
及断裂破坏过程。数值模拟杆件尺寸与实验室
设备尺寸相同，具体模型及网格设置如图 13 所
示，其中入射杆和透射杆长度均为 2 m，试件长
Incident bar Transmission bar
度和直径均为 50 mm，网格总数为 20 000。试件
采用加密网格进行细化，便于捕捉岩石破碎特征 L IB =2.00 m L TB =1.50 m
D IB =0.05 m D TB =0.05 m
和裂纹扩展，杆件采用更大的网格尺寸来提高计
算效率降低计算时间成本。应力加载方式采用 图 13 凝灰岩试件数值计算模型
纺锤形子弹冲击入射杆进行加载。 Fig. 13 Numerical model of Tuff specimen

4.3 数值计算结果

4.3.1 破裂形态
图 14 为数值模拟得到的不同冲击气压下矿岩的冲击破坏过程。根据结果可知，随着冲击气压的增
大，裂纹起裂步长逐渐减小。以 1.2 MPa 为例，当应力波从入射杆传到试件中时，在试件首先发生局部拉
伸剪切破坏，随着应力波的传播试件裂纹数量继续增加，伴随少量张拉裂纹的生成，此时试件裂纹数量

2 235 2 252 2 270 1 380 1 398 1 422
(a) 0.6 MPa (b) 0.7 MPa

1 290 1 322 1 340 1 266 1 284 1 302
(c) 0.8 MPa (d) 0.9 MPa

514 532 550 478 492 516
(e) 1.0 MPa (f) 1.1 MPa

466 484 493
(g) 1.2 MPa

图 14 不同冲击气压下含铜凝灰矿岩的裂纹演变图（蓝色代表拉伸裂纹，红色代表剪切裂纹）
Fig. 14 Crack evolution diagram of copper-bearing Tuff specimens under different impact air pressures
(blue represents tensile cracks, and red represents shear cracks)

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