内爆炸下球面钢网壳结构的冲击波超压计算分析

采用通用有限元LS-DYNA程序,建立内爆炸下大跨球面钢网壳结构数值模拟计算模型,用于大跨空间结构的内爆炸数值模拟计算和分析.通过研究大跨球面钢网壳结构在内爆炸下的冲击波传播、反射和峰值出现规律,发现炸药在结构内爆炸下,球面钢网壳结构受到的爆炸冲击效应更为复杂,可能需要同时承受入射冲击波和反射波或复合波的冲击作用.最后,应用所建模型对爆炸冲击波超压的数值进行计算分析,得出内爆炸下不同跨度和矢跨比大跨球面网壳结构的冲击波超压计算公式.     

大空间钢网壳穹顶的内爆炸冲击波超压计算

为研究内爆炸作用下冲击波在大空间穹顶结构内的传播规律、超压峰值及其对结构的作用,采用通用有限元LS-DYNA程序,考虑炸药空中爆炸和大空间结构特性,建立炸药在大空间钢网壳穹顶内爆炸作用下的数值计算模型,并通过已知超压计算公式验证数值结果.应用所建模型,对炸药在大空间钢网壳穹顶内爆炸的全过程演变和5种矢跨比穹顶的内爆炸冲击波压力进行了数值模拟计算与分析.结果表明:内爆炸下大空间穹顶除受到入射冲击波的冲击作用外,还可能受到反射波或复合波的多次冲击,冲击的强弱取决于反射体刚度和穹顶几何尺寸等多种因素;穹顶跨度和矢跨比对主峰值压力的大小和出现的次数有较大影响,但没有呈现出明显的规律性.最后,给出了内爆炸下不同跨度和矢跨比穹顶结构的冲击波超压计算公式,可供工程结构防爆抗爆参考.     

爆炸冲击波数值模拟及超压计算公式的修正

应用LS-DYNA有限元程序建立2,4,6-三硝基甲苯(TNT)炸药爆炸的数值模型并进行空爆数值计算,结合常用的经验公式,验证计算模型及参数取值的可信性.基于以上研究,提出冲击波超压修正计算方法,以各经验公式加权平均值作为参考,对数值模拟结果进行修正.结果表明:早期常用的经验公式与数值模拟计算结果分别处于爆炸冲击波超压的中下位值及下限值,均存在低估爆炸冲击波的危险.通过修正计算方法修正后的冲击波超压,可以作为爆炸冲击波超压的中位值.     

水下爆炸冲击波压力时程的数值模拟

运用LS-DYNA程序对水下爆炸冲击波进行了数值模拟研究.首先模拟了半无限水域下的爆炸冲击波的形成以及气泡运动规律,分析了爆炸波的压力时程曲线.在此基础上,进一步讨论了水下爆炸冲击波与水中结构相互作用的问题,该分析结果可为类似水下爆炸工程实践提供参考.     

油气层渗流与井筒多相流动的耦合及应用

以油气层渗流及多相流理论为基础,将地层渗流与井筒复杂多以动结合考虑,建立了一套动态理论模型,并采用数值方法和技术进行了求解和计算分析.该模型较为全面地考虑了地层渗流规律和影响井筒多相流动的各种因素,可以动态地反映和描述油气井钻探和开发过程中各种复杂情况下井筒内多相流动特性以及对地层渗流的影响,对研究和指导油气钻探、开发和油气藏的动态描述具有现实意义.     

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.     

抗爆门冲击动力响应的数值模拟研究

对应用于石化、核电、军事等行业的抗爆门开展动力学响应数值模拟研究.以DBD-AD150*240型抗爆门作为研究对象,进行爆炸冲击波作用下的动力学相应分析.研究在不同抗爆等级条件下,抗爆门的应力、应变能否满足抗爆要求,明确抗爆门的抗爆等级.结合三明治复合管结构的冲击吸能方式,对抗爆门抗爆能力进行改善.通过数值模拟研究,明确了所研究抗爆门的抗爆等级.确认在抗爆门上采用三明治复合管结构的情况下,抗爆门的抗爆能力可以得到明显增强.     

泡沫混凝土回填层在坑道中的耗能作用

为了研究泡沫混凝土耗能层的作用机理及其对坑道结构动力响应的影响,根据某工程实例,建立了地冲击波作用下Ⅳ类岩体中坑道结构响应的计算模型。利用LS-DYNA有限元软件,分别计算了无耗能层和增设泡沫混凝土耗能层两种情况下坑道结构的动力响应,提出了混凝土耗能层的作用机理。计算结果表明,增加泡沫混凝土耗能层后,坑道结构的应力峰值衰减了95%以上,加速度和位移等运动参数也有不同程度的降低。泡沫混凝土耗能层能够明显减小结构的动力响应,可以用来构筑较理想的结构消波吸能型式。     

非均相流模型在气液两相流动计算中的应用及评价

为评价非均相流模型在气液两相流动计算中的应用,分别采用均相与非均相多相流模型,对方腔通气和平板通气模型的气液两相流动进行了数值计算,并与实验结果进行了对比. 结果表明:相比均相流模型,非均相流模型能较准确计算气相的受力,预测气相的非定常流动过程,所得结果能较精确捕捉方腔中气泡束的周期性摆动和平板上方气泡的周期性断裂、上漂现象;非均相流模型能较好地预测速度场分布,同时能更好地预测压力场的非定常性变化.      

炸药地面爆炸条件下土中浅埋结构上荷载的作用特点

为了研究炸药地面爆炸条件下土中压缩波的波系分布,确定作用在土中结构上的地冲击荷载特点,以典型的土中浅埋结构为例,采用数值模方法,应用LS-DYNA有限元分析软件并结合阿列克辛柯试验现象,对炸药地面爆炸作用下浅地表波场的分布以及作用到土中结构上的荷载进行数值模拟和分析。研究结果表明,典型土中浅埋结构的顶板主要承受空气冲击波引起的间接地冲击荷载的作用,外墙主要承受直接地冲击荷载的作用。     

多层钢筒结构在内部强爆炸作用下变形行为的数值模拟

多层防护结构常用于需要抵抗爆炸冲击的场合,如何快速准确地预测其在内部强爆炸作用下的响应行为是当前急需解决的问题. 针对Q345钢制成的多层防护结构,基于有限元软件LS-DYNA,分别采用CONWEP算法和流固耦合算法进行了3种装药量爆炸下的模拟分析,并与实验结果进行对比,验证了数值模拟的有效性. 结果表明,当装药比例距离大于0.152 m/kg^1/3时,采用CONWEP算法施加爆炸载荷,可简单可靠地预测多层防护结构受爆炸冲击的响应行为. 采用多层结构后,内部各层通过塑性变形吸收了作用于结构上约90%的能量.     

爆炸作用下高层钢筋混凝土框架结构的连续倒塌机理分析

为了探究爆炸作用下高层钢筋混凝土框架结构的连续倒塌机理,采用ANSYS/LS-DYNA软件,对外部爆炸荷载作用下结构的连续倒塌进行了模拟。建立了结构的多尺度模型并验证其有效性;分别分析了炸药位于角柱和边中柱正前方时框架结构的破坏及倒塌情况;对比了两种工况下建筑物的倒塌过程和倒塌程度。结果表明:多尺度建模方法可以有效模拟框架结构在爆炸作用下的动力响应过程;爆炸荷载作用下目标柱损伤严重,失去承载力,结构内力重分配使相邻结构损伤,最后发生连续倒塌;炸药位于不同位置时,结构的倒塌范围有显著的不同。     

FLNG工艺区爆燃冲击强度数值分析及后果评价

CFD数值方法是目前海上浮式设施爆燃冲击研究中得到广泛运用的方法.文中以某FLNG工艺区发生爆燃事件为研究背景,基于通用CFD软件CFX对蒸气云爆炸进行数值分析,提出了基于能量释放方程模拟分析的冲击波安全评价方法,并对能量和能量释放时间两个变量对爆燃冲击强度的敏感性进行研究.该冲击波后果评价方法通过在爆心位置设立以能量大小和能量释放时间为变量的step函数,选定k-ε模型,模拟爆炸冲击获得超压数据,并结合超压伤害准则和TNO爆炸源能量和气云体积的转换关系对冲击波伤害后果进行评价.研究表明:基于CFD的能量释放方程能够很好的模拟爆炸冲击波并获得表征冲击强度的超压数据.方程中变量因素对冲击强度影响显著,特别是爆炸近场区域.提出的安全分析方法可以有效地对爆炸冲击后果进行评价.     

弹片与爆炸冲击波耦合作用分析

弹片和冲击波是武器战斗部毁伤效应的两个重要方面,两者具有一定的相关性.通过研究弹片与爆炸冲击波的耦合作用,分析并推导了弹片在空气中的运动规律和运动方程,以及弹壳对武器爆炸冲击波的影响.通过实例分析,验证了建立的模型和计算方法的合理性和正确性.弹片的最大速度和壳体厚度对爆炸冲击波能量的影响因子随着弹壳厚度的增加而降低.弹壳增厚会导致在爆轰气体与弹壳相互作用的阶段,有更多的能量损耗于壳体膨胀和破碎过程,从而使爆炸冲击波的能量减弱.在实际计算中,必须考虑弹壳的存在以及壳体厚度对爆炸冲击波能量的影响作用.     

隔爆墙后爆炸冲击波绕射与超压分布规律

基于爆炸实验与数值模拟,对爆炸载荷作用下隔爆墙后的冲击波绕射和超压分布规律进行了研究.首先,开展了隔爆墙对爆炸冲击波隔离效应的实验,得到了有/无隔爆墙条件下相同爆距处的冲击波超压时程曲线.在此基础上,采用流体动力学软件AUTODYN对爆炸冲击波的绕射过程进行了数值仿真,通过与实验结果的对比验证了模型的有效性.结合数值模拟和量纲分析,得到了不同爆炸当量、爆距、墙高等参数下隔爆墙后不同区域的冲击波超压分布规律,并给出了隔爆墙后近地面超压峰值的工程计算公式,为隔爆墙的设计和安全评估提供了依据.      

不耦合装药爆炸波时频能分离及能量分布

为了对爆炸特征进行研究,选择了Cohen类分布中的Margenau-Hill分布函数就实测爆炸波信号开展了时频能分析,实现了爆炸波信号的识别定位和爆炸冲击波、应力波和爆生气体膨胀作用下的时频域动应变能密度区分离,通过计算得到了总动应变能和各分区的动应变能。就不耦合系数K和到炮孔中心不同距离R下的各分区动应变能与爆炸后损伤之间的关系进行了对比,提出了与损伤阈值Dcri有关的动应变能阈值Ecri为岩体是否破裂的能量判据。结果表明,动应变能大于Ecri时,岩体才损伤。     

初始损伤金属耗能器冲击动力特性研究

通过在棚洞支座处设置金属耗能器代替传统砂石垫层,吸收滚石冲击能量,可最大程度减小滚石冲击力。常用的金属耗能器存在初始屈服荷载远高于平均压垮荷载的缺陷。为此,提出一种新型带初始损伤的金属耗能器,通过降低其初始屈服荷载,达到优化棚洞工程的目的。基于LS-DYNA研究轴向冲击荷载下不同初始损伤模式金属耗能器的动力响应,比较了其破坏模式、冲击力-位移关系与耗能效果。结果表明:合理的初始损伤设置可有效降低金属耗能器初始屈服荷载达40%;而平均压垮荷载、吸收的总能量基本保持不变,研究成果可为金属耗能器在棚洞工程中的应用提供依据。     

Triple-layer Absorptive Structures for Shock Wave Blast Protection

Ｔｈｅｓｕｒｖｉｖａｂｉｌｉｔｙｏｆａｍｉｓｓｉｌｅｓｉｌｏａｇａｉｎｓｔａｂｌａｓｔｗａｖｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｅｓａｃｒｉｔｉｃａｌｉｓｓｕｅｆｏｒｎａｔｉｏｎａｌｄｅｆｅｎｓｅ.Ａｔｒｉｐｌｅｌａｙｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓｓｉｎｇｌｅｌａｙｅｒｄｅｓｉｇｎ.ＡｓｓｈｏｗｎｉｎＦｉｇ1,ｔｈｅｂｏｔｔｏｍｌａｙｅｒｉｓａｃｉｒｃｕｌａｒｐｌａｔｅｍａｄｅｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅ(ＲＣ).Ｔｗｏｒｉｎｇｓｏｆｓｉｍｐｌｅｓ…