基于可变数组管理方法的震塌破坏数值仿真

以弹塑性力学和动力有限元理论为基础,采用动态数组和动态地址管理方法,依据震塌破坏准则,适时判断震塌破坏单元,并相应改变有限元计算区域以及由此产生的自由度、A数组及相关地址的适时改变,对防护结构在爆炸载荷作用下的震塌破坏效应进行了数值仿真研究. 在RSEAP程序的框架基础上,编制了相应的计算程序,并利用该程序对典型的钢筋混凝土板爆炸震塌实验工况进行数值仿真,仿真结果与实验结果的对比表明两者吻合较好.     

高强RC板的抗接触爆试验分析

在接触爆炸荷载作用下,钢筋混凝土板是防护结构中受爆炸荷栽作用的主要受力构件,通过对5个不同配筋率的HHT600高强RC双向板和5个普通RC双向板在接触爆炸荷栽作用下的对比试验,考察了破坏形态,包括爆炸成坑、爆炸震塌和爆炸贯穿等现象,系统分析了这两种板的接触爆炸破坏特征和局部破坏效应。研究结果表明：提高板中的钢筋强度等级和钢筋配筋率,能改善钢筋混凝土板的抗爆性能。对爆炸成坑和结构震塌的主要影响因素得出了初步结论,为结构抗局部破坏设计和防护工程中遮弹层的研制提供了实验依据。     

遮弹层震塌碎块对成层式结构顶板的冲击破坏效应

为了弄清采用空气分配层情况下遮弹层的震塌碎块冲击结构顶板引起的混凝土板的整体动力响应和局部破坏效应,利用系统能量平衡原理对冲击的整体响应进行分析,并利用有限元方法模拟了碎块与靶体的碰撞过程.结果表明:震塌碎块的冲击对混凝土板的破坏效应以局部破坏为主,冲击造成的结构整体作用可以忽略不计;板内设置钢筋网可以有效地减缓顶板结构内部裂缝的产生和背表面震塌的发生,顶板背表面粘贴钢板可以有效阻止板的震塌破坏.     

内部爆炸作用下混凝土靶背面临界震塌条件

为研究内部爆炸作用下混凝土靶背面临界震塌条件,采用量纲分析对内部爆炸作用下有限厚混凝土靶背面震塌破坏进行研究,得到了量纲一的临界震塌厚度的工程计算式. 结果表明,当装药密度一定时,随着装药直径或装药长径比的增加,临界震塌厚度也非线性递增,且存在极限临界震塌厚度;研究表明,临界震塌厚度关于装药直径存在第二类自相似.      

装药爆炸下地下拱形结构变形及破坏特征分析

地下拱形结构侵彻爆炸下涉及许多复杂的物理过程,即装药的爆炸、弹坑的形成、冲击波的传播、应力波在岩石介质中的传播以及岩石与结构的相互作用.为了解决上述复杂问题,利用非线性动力有限元软件LS-DYNA对常规武器侵彻爆炸作用下地下拱形结构的动力响应展开研究.通过数值模拟可较直观地了解应力波的传播过程,及爆炸应力波在拱形结构物中传播及与周围围岩的相互作用.对爆炸应力波作用下拱形结构的变形和破坏特点进行了分析.数值计算结果表明,在爆炸应力波作用下钢筋混凝土结构内侧受反射拉伸波作用产生震塌破坏,加大药量时结构的震塌破坏程度加重,大约在距拱中心线1/4处产生应力集中,形成塑性铰.可为工程设计、改造加固及战时快速抢修提供有益的参考.     

岩石覆盖层抗震塌机理研究

震塌破坏研究的主要目的是要建立震塌平面上的破坏应力与荷载参数的函数关系。采用一维弹脆性平面波理论,运用具有明确物理基础的破坏准则,对岩石介质中因冲击或爆炸产生的动力震塌破坏机理和过程进行了详细的分析,定量得到了震塌深度的变化规律。     

铝铝薄板爆炸焊接厚度匹配性研究

针对覆板、基板与炸药几何尺寸是实现高质量板材爆炸焊接的重要初始参数.利用数值模拟为主、验证实验为辅的方法,进行了炸药厚度对一定厚度铝质复板与基板爆炸焊接质量影响规律的研究.将爆炸焊接简化为二维问题,进行大量数值计算,综合板材温度、压力、材料密度、覆板速度等动态参数比较分析,得到一定条件下实现较薄铝板成功焊接的炸药极限厚度,并进行了实验验证.在数值模拟及实验数据基础上,进行了覆板、基板厚度与炸药厚度匹配性分析.利用拟合法得到了基板厚度一定条件下,炸药厚度极限值随覆板厚度变化的经验公式;利用多元回归方法,对炸药厚度、覆板厚度与基板厚度之间的关系进行了分析,这对于铝板爆炸焊接实际应用具有较重要意义.     

钻地武器爆炸破坏作用中弹壳的影响

利用LS-DYNA有限元软件三维数值模拟了不同弹壳厚度下相同装药量的柱状装药在岩体洞库上方的爆炸破坏效应.数值模拟结果表明,有弹壳时,随着弹壳厚度的增加,爆炸破坏作用相应减小,但薄弹壳与无弹壳相比能够增强爆炸破坏作用.原因是,在弹壳较薄时,爆轰集聚效应能够增强爆炸破坏作用,但在弹壳达到一定厚度后,爆破弹壳的能量大幅增加,抵消了爆轰集聚效应并进而减弱爆炸破坏作用.由于钻地武器弹壳一般较厚,因此在其毁伤效应研究中,不应忽视弹壳对爆炸破坏作用的影响.     

钢筋混凝土板震塌碎片特性试验

为研究钢筋混凝土板震塌碎片速度、质量和毁伤特性,对三种厚度靶板开展了14炮次爆炸试验,通过图像捕捉法获取了碎片初始速度,依据量纲分析,建立了速度与震塌系数的定量关系.对试验结果统计分析发现,有限厚度板(≤300 mm)无论发生何种破坏类型(震塌、贯穿、冲切),产生的单个碎片质量均以60 g以下为主,其中30 g以下碎片主要为单粒石子,30 ～ 60 g碎片以砂石胶结体为主,且震塌系数越小,单粒碎片尺度越小、质量越小.对等效模拟物的毁伤状态分析表明,混凝土类单粒碎片无法对25 mm厚松木板形成有效贯穿,松木板的损伤主要表现为冲击伤,板表面呈现较多冲击压痕.由于碎片自身强度有限,部分碎片对目标撞击过程中易出现碎裂或者粉碎,从而导致无法继续侵入.虽然单粒碎片无法侵入松木板,但其数量较多、单位面积上密度较大,易对人员造成大面积表皮伤.碎片束(碎片云)对目标物的持续冲击时间可达200～500 ms,可使目标产生损伤累积,最终导致目标物严重损毁或者人员伤亡.     

有限厚混凝土靶内部爆炸震塌贯穿研究

设计了8种不同埋深的装药在混凝土靶内部爆炸,通过调整装药量,研究有限厚度混凝土靶背面的临界震塌条件.试验得到了一定装药条件下有限厚混凝土靶的临界震塌厚度和相应的临界装药量.通过量纲分析理论对试验数据进行了归一化处理,并得到了量纲一的临界震塌厚度与装药长径比(量纲一的装药量)之间的关系.分析表明,当装药密度和装药直径一定时,有限厚混凝土靶的临界震塌厚度随着装药量(装药长度)的增加而呈现非线性递增趋势;当装药长径比大于5时,临界震塌厚度的增加趋势明显减慢,一定装药直径下混凝土靶存在极限临界震塌厚度.     

筏板上路基箱下铺砂土垫层分压性能研究

大型起重机在筏板上行走或作业时,经常采用路基箱分压。在筏板等刚度较大的地基上采用路基箱时,分压能力往往达不到预期效果。为优化路基箱在刚度较大地基上的分压效果,可采用在路基箱下铺设砂土垫层的措施。运用Ansys有限元软件,模拟不同厚度砂土垫层的分压情况,得到不同厚度下的基底反力分布及路基箱的竖向位移。分析结果表明铺设砂土垫层可以显著提高路基箱的分压效果,分压效果随垫层厚度的增加而有所提升,同时会增加路基箱竖向沉降;不同荷载等级下路基箱分压效果不同,较大的荷载等级下分压效果较好。通过分析,得到最佳的砂土垫层参数,兼顾经济性和结构安全性。研究结果对相应工程的施工安全有一定的参考意义。     

超材料混凝土抗冲击效应数值研究

作为一种广泛应用的工程材料,混凝土材料抗拉强度低的缺点限制了其应用.当高速冲击荷载作用在混凝土结构上时,由于混凝土的脆性和较低的抗拉强度,结构后部的混凝土通常会产生严重的层裂破坏.因此,有效降低混凝土的层裂破坏对于提高结构性能很重要.近些年学者提出了局域共振超材料,它利用人造微结构的存在能使该超材料呈现出天然材料所不具备的超常物理性质.本文借鉴局域共振超材料的工作原理,通过将混凝土中的部分天然骨料替换为人工骨料超材料来降低冲击荷载下的层裂破坏.通过LS-DYNA,建立考虑随机分布的砂浆、天然骨料和人工骨料的超材料混凝土三维细观模型来进行层裂实验的数值模拟.研究超材料混凝土在冲击荷载作用下的材料性能以及人工骨料的材料属性和几何属性对超材料混凝土动态性能的影响.     

钢筋保护层厚度的测试及主要影响因素分析

制作3块混凝土试验板,采用钢筋保护层厚度测试仪测试混凝土板的钢筋保护层厚度,考虑了钢筋直径和钢筋间距的变化对测试数据的影响,并对测试结果进行分析,得出了钢筋直径和钢筋间距对测试钢筋保护层厚度的影响规律.为准确测试钢筋保护层厚度和评价结构实体混凝土质量提供了试验依据.     

爆炸荷载下FRP加固双向板动力响应数值模拟

为了研究外贴FRP加固钢筋混凝土双向板的抗爆性能,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对其在爆炸荷载下的动力响应进行模拟,比较分析了不同CFRP粘贴层数、粘贴密度和不同FRP材料对其抗爆性能的影响.结果表明,相同爆炸荷载下,随着CFRP粘贴层数和粘贴密度的增加,加固板抗爆性能不断增强,但考虑经济性和延性,CFRP粘...     

研究混凝土材料动态力学性能的实验技术

采用波形整形技术、万向头技术和应变直接测量技术测量了混凝土材料的动态应力-应变曲线;通过损伤"冻结"试验及相应的MTS静态试验研究了混凝土材料的损伤演化规律;利用Hopkinson压杆技术直接测得层裂信号,进而可确定混凝土材料的层裂强度.     

钢筋混凝土厚板的变形分析

本文用有限层法研究钢筋混凝土矩形厚板的变形规律.分析计算表明,当钢筋混凝土板的厚度较小时,用层状体系理论和有限层法计算应力、位移,都与薄板理论结果十分接近;当钢筋混凝土板厚度较大时,有限层法的计算结果,较薄板和中厚板理论的结果小,而与层状体系理论的相同.这说明对于弹性地基上的钢筋混凝土厚板,按薄板理论计算是偏于保守的.本文的方法对于弹性地基上钢筋混凝土薄、厚板计算通用,不受层数、层间接触条件、地基模型、荷载类型和位置的限制.     

再生混凝土材料及简支板阻尼性能

采用悬挂、悬臂和简支试验法,研究了再生粗骨料取代率、添加高分子阻尼材料、边界条件以及损伤程度对再生混凝土材料及再生混凝土简支板阻尼性能的影响。研究表明,对于再生混凝土的材料阻尼性能,随着再生粗骨料取代率的增加,再生混凝土的阻尼比呈现增大趋势,再生粗骨料取代率为100%的再生混凝土阻尼比比普通混凝土高30%以上;添加橡胶颗粒能明显提高再生混凝土材料和板在弹性阶段内的阻尼;而添加聚丙烯纤维对弹性阶段的再生混凝土材料阻尼比没有明显影响。对于再生混凝土板,其阻尼比随损伤程度的增加先增大后减小。通过对加载过程中裂缝发展规律的研究,发现再生混凝土板的开裂行为与阻尼测试结果存在相关性,表明因裂缝而产生的界面摩擦阻尼是影响再生混凝土板阻尼的重要因素。     

现浇混凝土空心楼盖几何参数对受力性能影响的分析

采用通用有限元软件ANSYS建立了现浇混凝土空心楼盖的有限元分析模型,对空心楼盖的变形特征、内力分布规律以及影响现浇混凝土空心楼盖内力和变形的肋宽、板厚等因素进行了分析,研究了各楼盖构造参数对现浇混凝土空心楼盖受力性能的影响规律.研究结果表明,楼板的最大主应力随着肋宽的增加有所降低,楼板的抗弯刚度随着板厚的增加有所提高,考虑到构造要求,必须合理选取空心楼盖的肋宽和板厚.