内爆炸荷载作用下立井井壁动力响应的解析解

本文以弹性力学及板壳理论为基础推导出圆筒立井井壁在掘进爆破荷载下的应力分布的解析解，并与实验数据基本吻合，从而使理论解得到了验证，为制定立井井壁的防护措施提供了理论依据。     

爆炸荷载下地铁盾构隧道动力响应研究

近年来,中国城市地下轨道交通取得了迅猛的发展,但地铁在运营中存在诸多风险,其中外爆炸带来的危害尤为突出。为避免由此产生的风险,需对地铁隧道在外爆炸瞬时强荷载作用下隧道衬砌结构动力响应进行研究,进而对隧道衬砌结构的损伤程度作出判断。利用ANSYS/LS-DYNA软件建立有限元模型,分析外爆炸源荷载作用下应力波的传播规律,选取地面侧爆角度和炸药当量为变量,研究外爆炸荷载下对隧道衬砌结构的动力响应及损伤进行分析,为地铁隧道结构抗爆防护设计提供理论依据,具有较高的技术、经济和社会效益。     

理论模型计算爆炸荷载作用下简支梁动力响应

根据爆炸动力与振动力学理论采用Euler梁模型与改进的Timoshenko梁模型分别分析了简支梁的动力响应.爆炸荷载被简化为三角形荷载.爆压计算公式采用J.Henrych公式.结果表明简支梁的动力反应包含2个阶段,分别为受迫振动阶段(弹性和塑性)和自由振动阶段.建立挠度应力方程用来判断梁的屈服.通过计算分析可知,与Euler梁结果相比,有限元计算结果相对更接近于Timoshenko梁模型计算结果.这是由于修正Timoshenko梁理论中考虑了剪切惯性效应的缘故.考虑实际工程中梁支承端部的约束形式对梁受荷载作用的影响,将端部约束简化为含有弹簧与阻尼共同作用的模型,研究弹性支撑系数、弯矩抵抗系数及阻尼系数参数变化对控制位移的影响.     

爆炸荷载下弹性支撑地下拱结构的动力响应

弹性支撑是常用的隔振减振手段,研究爆炸荷载下弹性支撑地下拱结构的动力响应对提高地下防护工程内部人员及设备的战场生存能力具有重要意义。应用ANSYS/LS DYNA非线性显式动力有限元分析程序,模拟了爆炸荷载下弹性支撑地下拱结构的模态和动力响应,得到了低阶自振圆频率变化曲线和拱顶、拱肩、拱脚动力响应时程曲线。结果表明：弹性支撑减小结构固有频率,延长结构自振周期,具有良好隔振减振作用;临界刚度系数导致结构的一、二阶模态易同时激发,结构设计时应予以避免;与刚性支撑地下拱结构相比,弹性支撑地下拱压力、应力峰值减小,出现时间延长,竖向位移峰值增大,抗爆承载力提高;弹性支撑的刚度系数并非越小越好,应根据结构抗爆承载力和极限位移设计要求合理设置。     

爆炸荷载作用下钢框架动力响应有限元分析

选用了具有强大显式动力分析功能的ANSYA/LS-DYNA程序,并采用Solid164显式单元进行数值模拟.分析了在爆炸荷载作用下,2层钢框架在没有考虑混凝土楼板和有混凝土楼板参与时,梁、柱截面细微的动力响应和变化规律,试图找出其破坏的薄弱环节.分析发现:爆炸冲击荷载直接作用时间极其短暂,结构动力响应复杂,且成周期性变化;梁、柱相交节点区域应力最大,柱相关单元首先会进入塑性,且单元失效也先出现在该区域的柱上;当施工阶段无楼板参与时,梁单元基本处于弹性工作状态;有楼板参与作用时,梁单元于跨中和与柱相交的节点区域首先进入塑性,梁单元在竖向荷载设计值作用下,扭曲现象明显.     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁动力响应的数值分析

由于爆炸荷载具有峰值压强大、作用时间短的特点,钢筋混凝土梁在爆炸荷载作用下的动力响应较为复杂。为了深入研究钢筋混凝土梁的抗爆性能,应用瞬态动力分析软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土梁的三维有限元模型。数值模型中钢筋混凝土采用分离式模型,并且考虑了钢筋和混凝土材料的应变率效应。对已有文献中的钢筋混凝土梁承受爆炸荷载的试验进行了数值模拟,并将模拟结果与试验结果进行了对比分析,结果表明所采用的数值模型可以较好地模拟爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动力响应。在此基础上,研究了钢筋混凝土梁在不同爆炸荷载作用下的破坏模式。分析结果表明,随着峰值压力的增加,钢筋混凝土梁的破坏模式由弯曲破坏转变为剪切破坏。     

简支圆板在爆炸冲击荷载作用下的动力响应

采用双剪应力强度理论,考虑材料的拉压强度比,求解了简支圆板在爆炸冲击荷载波荷载作用下的动力响应问题。根据运动方程和用弯矩表达的广义屈服条件得到弯矩控制方程,根据几何方程和流动法则得到速度控制方程,由此得到简支圆板的速度场和内力场,并对速度进行积分得到圆板的挠度响应。根据板终止运动时其速度为零,得到终止运动时间和板的残余挠度。采用本文的解,取板的运动角加速度为零得到该问题的静力解。讨论采用不同的拉压强度比对简支圆板塑性动力响应的影响。研究结果表明,材料的拉压强度比对简支圆板的塑性动力解的影响很大,而且大于对静态问题解的影响。     

冲击荷载下钢管混凝土限高防护架的动力响应

通过采用ANSYS／LS—DYNA有限元软件,分析了钢管混凝土铁路桥限高防护架在汽车碰撞作用下的动力响应,比较了钢管防护架与钢管混凝土防护架的不同动力响应．结果表明：限高防护架碰撞面变形比较明显,发生了较大的内凹现象;立柱的变形最小,能够抵抗更大的冲击荷载;因应力失效而最容易破坏的部位是横梁侧一、侧二支撑管节点处;与钢管防护架相比较,钢管混凝土防护架的碰撞力均值更大,碰撞面位移更小,能够更有效地保护铁路桥的安全,从而为钢管混凝土防护架的结构设计和维护提供依据．     

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...     

爆炸荷载下钢筋混凝土柱的动力响应及破坏形态分析

在冲击、爆炸荷载作用下结构底层柱的破坏可能导致结构的连续倒塌.利用LSDYNA对爆炸荷载下钢筋混凝土柱的动力响应进行了数值模拟.建立了三维实体钢筋混凝土柱模型,爆炸荷载施加在柱子的前表面.钢筋采用塑性硬化模型.混凝土材料采用脆性损伤模型,考虑了损伤及应变率效应.分别对矩形截面、方形截面的柱子在不同折合距离时的侧向位移和失效情况进行了分析.从结果可以看出,在配筋率相似的情况下,截面面积对柱子的动态响应具有显著的影响.当折合距离约为2.0时,爆炸荷载对两种截面钢筋混凝土柱的影响均可以忽略不计.     

爆炸荷载下CFRP加固圆柱的动力响应和破坏机理

针对钢筋混凝土圆柱,采用ANSYS/LS-DYNA软件对其进行爆炸模拟分析,比较了不同炸药当量下未加固圆柱的力学性能、破坏机理和动力响应.然后针对2种典型的破坏模式采用3种CFRP加固方式进行爆炸模拟分析,对比分析了不同加固方式下圆柱的抗爆性能.计算结果表明,在局部合理设计碳纤维布包裹方式可与全柱高包裹达到基本相同的加固效果,显著减小圆柱在爆炸荷载作用下的侧向位移,有效提高圆柱的整体承载能力和抵抗局部破坏的能力,为实际工程的抗爆设计提供了理论依据.     

爆炸荷载作用下焊接工字钢梁的动力响应及破坏模式分析

目的分析焊接工字形钢梁在爆炸荷载作用下破坏模式及影响动力响应的主要因素,为钢梁抗爆设计提供建议.方法采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,基于流固耦合的方法对钢梁的动力响应及破坏进行数值分析.结果在不同的爆炸荷载作用下,钢梁可能发生剪切破坏、弯剪联合破坏和翼缘屈曲破坏3种破坏模式;增高腹板高度可以有效地控制钢梁在爆炸荷载作用下的跨中最大位移,效果次之的是增加翼缘板厚度和腹板厚度,效果最差的是增加翼缘板宽度.结论钢梁的破坏模式与比例距离有关.随着比例距离增大,钢梁的破坏模式由剪切破坏模式转变为翼缘屈曲破坏模式.增大梁截面高度,能有效地提高钢梁的抗爆承载力.     

爆炸荷载作用下型钢混凝土柱的动力响应影响因素分析

目的数值模拟爆炸荷载作用下型钢混凝土柱损伤破坏,分析凝土等级、型钢截面形式、纵筋配筋率、柱高等因素对型钢混凝土柱在爆炸荷载作用下动态响应的影响规律.方法采用有限元显示动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立型钢混凝土柱的三维有限元模型,在进行型钢混凝土柱的动态响应分析时,对型钢混凝土柱各材料间共线共结点方式建模,并考虑型钢与混凝土之间的摩擦接触.通过比较相同荷载幅值条件下,爆炸与静力作用下的应力分布的异同来说明爆炸作用下应力的分布特点.结果提高型钢强度和纵向受力钢筋配筋率对型钢混凝土柱抗爆性能的提高并没有显著效果;相同最大荷载值的静载与爆炸荷载两种情况下,爆炸荷载下的破坏能力较强,破坏程度较大.结论采用高强度混凝土,选用截面惯性矩较大的型钢,以及选用截面和高度尺寸适宜的型钢混凝土柱有利于提高型钢混凝土柱的抗爆性能;细长柱的抗爆性能较弱,实际工程中尽量避免选用.     

爆炸荷载下结构响应的EMD分析

通过经验模态分解法(EMD)将信号分解为固有模态函数(IMF),结果表明震动信号是由不同频率的具有实际物理意义的固有模态函数分量组成.同时建立了爆炸荷载下的单自由度体系结构动态响应模型,并运用实例分析了结构在爆破震动下的动力放大效应.分析表明不同的IMF分量对结构的影响各不相同,两者频率越接近,其共振作用就越明显.结构对荷载的响应主要取决于不同幅值、不同频率的各IMF分量的共同作用.图5,表1,参11.     

爆炸冲击下盾构隧道衬砌结构的动力响应特性

考虑现实生活中城市地铁隧道内可能出现的意外或恐怖袭击爆炸事件,运用有限元Midas/GTS软件数值模拟爆炸过程,分析爆破荷载作用下隧道管片的变形、振速、内力及地表的变形情况,分别选取3种不同管片接头模型进行对比。结果表明:爆破荷载作用对隧道管片的影响较大,而对地表的影响较小,其竖向位移随地表与爆炸源正上方位置距离的增大逐渐减小;不同接头模型中管片的内力与变形规律相似;隧道管片内力随时间先增大后减小,采用局部刚度折减法时管片的内力明显区别于整体刚度折减法与不折减法,折减区管片内力较大,整体管片内力分布不均匀现象更为明显。     

爆炸荷载作用下弹性薄板的动态响应

利用弹性理论和近似方法分析了四边简支弹性薄板在爆炸荷载作用下的动态响应历程.根据薄板运动微分方程和爆炸荷载的特点,从理论上求解了薄板运动各力学参量.结合量纲分析理论,对30种不同的工况进行了计算,最后建立了较合理的工程计算模型.模型拟合结果与理论计算结果吻合,可作为工程计算的参考.     

爆炸荷载作用下钢管混凝土柱的有限元分析

对于重要的建筑物和防护结构,通常都要考虑爆炸冲击荷载的作用,目前钢管混凝土已被广泛地应用于工程结构中.为研究爆炸荷载作用下钢管混凝土柱的力学性能,采用非线性有限元软件ANSYS/LSDYAN对方钢管混凝土柱在表面爆炸荷载作用下的反应进行了数值模拟.混凝土采用HJC模型,钢管采用考虑应变率的随动硬化塑性模型.分析了折合距离为1.0时柱子的破坏形态和不同折合距离时关键点的位移反应.研究表明,折合距离为1.0时,尽管内填混凝土破坏严重,但钢管能约束混凝土的横向变形,表现出良好的延性,抗爆性能优越.且随着折合距离的增大,柱子变形明显减小.     

地下隧道在内爆炸荷载作用下的动力响应分析

为解决内爆炸荷载作用下地下隧道的动力响应,在经典弹性理论的基础上,建立了圆柱壳在内部冲击爆炸荷载作用下的动力平衡方程,对爆炸荷载经过傅里叶展开以及对动力平衡方程的拉普拉斯变换,得到了内部冲击荷载作用下各向异性圆柱壳体动力反应问题的解析解。通过简化分析,得到了一种精度较高的简化计算方法。计算结果表明,对于圆柱壳内爆炸,挠度幅值在集中装药爆炸点的周围达到峰值;随着距该点距离的增加,挠度幅值减小,圆柱壳周围的土介质使振动产生较大幅度的衰减。计算结果可直接应用于圆柱形壳体和地铁隧道内部爆炸动力分析及地铁隧道内爆炸条件下冲击波的传播规律研究与计算。     

爆炸冲击荷载作用下拱结构动力屈曲研究

用数值模拟方法,研究了爆炸冲击荷载作用下拱结构的动力屈曲问题,重点分析了拱结构矢跨比对其动力响应和动力屈曲的影响。结果表明:对于矢跨比大于0.1的拱结构,在弹性振动阶段,拱顶位移幅值数量最大,当出现塑性变形以后,结构最大位移点在约1/6拱跨处;当爆炸冲击持续时间在某一范围内时,结构发生动力屈曲以后会出现反直观动力响应,位移幅值-荷载幅值关系曲线出现2个拐点,第1个拐点对应的荷载可看作动力屈曲临界荷载,第2个拐点对应的荷载可看作动力失效荷载。当拱结构的矢跨比小于0.1时,结构发生动力屈曲以后不会出现反直观动力响应,动力屈曲临界荷载即动力失效荷载。当爆炸冲击持续时间一定时,拱结构矢跨比越小,动力屈曲临界荷载越小。