Revisión de Estado del Arte y Perspectiva de la Modelización de la Fractura Dinámica de Rocas Bajo Cargas de Impacto y Aplicación en Voladuras
Autores: Kamran, Muhammad; Liu, Hongyuan; Fukuda, Daisuke; Jia, Peng; Min, Gyeongjo; Chan, Andrew
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Revisión de Estado del Arte y Perspectiva de la Modelización de la Fractura Dinámica de Rocas Bajo Cargas de Impacto y Aplicación en Voladuras
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Ciencias de la Tierra y Geología
Palabras clave
Fractura dinámica
Rocas
Cargas de impacto
Aplicaciones en ingeniería
Voladura de rocas
Métodos de mecánica computacional
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
La fractura dinámica de las rocas bajo cargas de impacto tiene muchas aplicaciones en ingeniería, como la voladura de rocas. Este estudio revisa los logros recientes en la investigación de la fractura dinámica de rocas y su aplicación en la voladura de rocas utilizando métodos de mecánica computacional, y destaca las perspectivas de modelarlas con un método híbrido de elementos finitos-discretos (HFDEM) desarrollado originalmente por los autores. La revisión primero resume las peculiaridades de la fractura dinámica de rocas en comparación con la fractura estática, que son que las propiedades físico-mecánicas de las rocas, incluyendo la propagación de ondas de estrés, resistencia, tenacidad a la fractura, partición de energía y mecanismo de agrietamiento, dependen de la tasa de carga. Luego se revisa el modelado de estas peculiaridades y sus aplicaciones en la voladura de rocas utilizando métodos de mecánica computacional de rápido desarrollo, con un enfoque en las ventajas y desventajas del método de elementos finitos (FEM) como método continuo representativo, el método de elementos discretos (DEM) como método discontinuo representativo y el método combinado de elementos finitos-discretos (FDEM) como método híbrido representativo, lo que destaca que FDEM es el método más prometedor para modelar la fractura dinámica de rocas y la aplicación de voladuras, así como señala las lagunas de investigación en el campo del modelado de la fractura dinámica de rocas bajo cargas de impacto. Después de eso, se revisa el progreso en acortar algunas de estas lagunas mediante el desarrollo y la aplicación de HFDEM, es decir, la versión de los autores de FDEM, para modelar la fractura dinámica de rocas y aplicaciones en la voladura de rocas, que incluyen las características del modelado de los efectos de la tasa de carga; propagación de ondas de estrés, reflexión y absorción, así como fractura inducida por ondas de estrés; interacción explosivo-roca, incluyendo expansión de gas inducida por detonación y flujo a través de rocas fracturadas; cargas estáticas y dinámicas multiaxiales acopladas; rocas heterogéneas y masas rocosas con una red de fracturas discretas preexistente; y distribución del tamaño de fragmentos inducida por fractura dinámica. Finalmente, se destacan las direcciones futuras del modelado de la fractura dinámica de rocas bajo cargas de impacto y se propone un enfoque numérico sistemático para modelar la voladura de rocas.
Descripción
La fractura dinámica de las rocas bajo cargas de impacto tiene muchas aplicaciones en ingeniería, como la voladura de rocas. Este estudio revisa los logros recientes en la investigación de la fractura dinámica de rocas y su aplicación en la voladura de rocas utilizando métodos de mecánica computacional, y destaca las perspectivas de modelarlas con un método híbrido de elementos finitos-discretos (HFDEM) desarrollado originalmente por los autores. La revisión primero resume las peculiaridades de la fractura dinámica de rocas en comparación con la fractura estática, que son que las propiedades físico-mecánicas de las rocas, incluyendo la propagación de ondas de estrés, resistencia, tenacidad a la fractura, partición de energía y mecanismo de agrietamiento, dependen de la tasa de carga. Luego se revisa el modelado de estas peculiaridades y sus aplicaciones en la voladura de rocas utilizando métodos de mecánica computacional de rápido desarrollo, con un enfoque en las ventajas y desventajas del método de elementos finitos (FEM) como método continuo representativo, el método de elementos discretos (DEM) como método discontinuo representativo y el método combinado de elementos finitos-discretos (FDEM) como método híbrido representativo, lo que destaca que FDEM es el método más prometedor para modelar la fractura dinámica de rocas y la aplicación de voladuras, así como señala las lagunas de investigación en el campo del modelado de la fractura dinámica de rocas bajo cargas de impacto. Después de eso, se revisa el progreso en acortar algunas de estas lagunas mediante el desarrollo y la aplicación de HFDEM, es decir, la versión de los autores de FDEM, para modelar la fractura dinámica de rocas y aplicaciones en la voladura de rocas, que incluyen las características del modelado de los efectos de la tasa de carga; propagación de ondas de estrés, reflexión y absorción, así como fractura inducida por ondas de estrés; interacción explosivo-roca, incluyendo expansión de gas inducida por detonación y flujo a través de rocas fracturadas; cargas estáticas y dinámicas multiaxiales acopladas; rocas heterogéneas y masas rocosas con una red de fracturas discretas preexistente; y distribución del tamaño de fragmentos inducida por fractura dinámica. Finalmente, se destacan las direcciones futuras del modelado de la fractura dinámica de rocas bajo cargas de impacto y se propone un enfoque numérico sistemático para modelar la voladura de rocas.