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.     

浅层水中沉底爆炸冲击波相互作用数值模拟

根据试验模型和试验结果，进行了浅层水中沉底爆炸冲击波相互作用数值模拟；研究了水底水面对沉底爆炸冲击波传播与相互作用的影响。结果表明，水底对冲击波压力峰值有较大的削弱作用，水面使冲击作用冲量明显减少，冲击波相互作用的压力叠加或多次冲击作用大大提高了爆炸威力。     

瓦斯爆炸对巷道壁面损伤破坏的数值模拟研究

为了研究巷道内瓦斯爆炸冲击波对巷道壁面结构的损伤破坏,利用ANSYS/LS-DYNA建立巷道瓦斯爆炸物理模型和数学模型,对掘进巷道瓦斯爆炸冲击波破坏特性进行数值模拟研究。结果表明:在巷道壁面边缘位置和中心位置超压测值较大,其壁面损伤相对更为严重;冲击波在巷道轴向壁面也会出现反射和叠加,导致整体超压峰值上下振荡波动;瓦斯爆炸后冲击波向开口方向传播,瓦斯区壁面受到的载荷最大,并逐渐向空气区加载扩散;随着爆炸冲击波能量衰减,而应力持续加载在壁面结构,压力集中对壁面结构施加静态破坏,最后超过其承受能力,导致巷道失稳破坏。研究结果可为优化巷道结构的设计提供理论参考。     

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.     

爆炸荷载作用下框架结构的损伤机理研究

爆炸荷载可能导致框架结构出现连续倒塌,为研究结构物整体的抗爆性能,本文采用AUTODYN对钢筋混凝土框架结构在爆炸荷载作用下的破坏过程进行了数值模拟,模型考虑了炸药-空气-结构之间的流固耦合相互作用,分析了框架结构的破坏机理,模拟结果较合理地展现了框架结构的损伤过程。     

爆炸冲击波绕流的数值模拟研究

目的 研究二维爆炸场中爆轰产物和空气冲击波绕流的物理机制。方法 基于多物质流体的Ｅｕｌｅｒ型算法,对爆轰产物采用ＪＷＬ状态方程,自行编制了ＳＭＭＩＣ通用程序。结果 通过大量的计算工作,得到了在爆炸点周围有和无防护挡墙的二维爆炸场的初始发展过程和绕过障碍物的情况。结论 计算结果基本符合冲击波绕过防护挡墙的物理现象和规律,说明该物理模型和数值算法较为合理,并可用来进一步模拟爆炸对远场的作用效应和用于指     

建筑物外部爆炸超压荷载的数值模拟

在对易于遭受爆炸危害的建筑物进行抗爆设计与加固时,首先需要确定作用在建筑物上的爆炸超压荷载模型.但是由于受到建筑物自身特征及周围环境等多种因素的影响,作用在建筑物上的爆炸超压荷载十分复杂.为了掌握作用在建筑物上的爆炸超压荷载的特性,应用非线性显式动力分析软件建立了建筑物外部爆炸超压荷载的数值分析模型,分析了网格划分尺寸的大小对爆炸超压荷载计算结果的影响,模拟了建筑物外部的刚性地面上发生爆炸的过程,研究了爆炸冲击波在建筑外部空间中的传播与衰减规律,以及作用在建筑物外表面的爆炸超压荷载的特性.模拟了邻近建筑物对爆炸冲击波的反射和阻挡作用,同时研究了邻近建筑物的几何尺寸和位置等因素对作用在目标建筑物上的爆炸超压荷载的影响,从而为在建筑物的抗爆设计与加固中确定合理的爆炸超压荷载模型提供了理论依据.     

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.     

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.     

爆炸冲击波致颅脑冲击伤数值模拟研究

爆炸冲击波作用头部导致的颅脑冲击伤已成为战斗医学救治中的“标志性损伤”,而爆炸冲击波作用头部时与头部相互作用过程及致伤机理尚不明确. 为了找出爆炸冲击波与头部相互作用时空气压力场变化规律及颅脑动态响应特性,进行了爆炸冲击波作用头部数值模拟研究. 建立了具有典型人体头部结构的三维有限元模型,针对Nahum尸体头部撞击实验对头部有限元模型的有效性进行了验证;基于验证的头部有限元模型,对爆炸冲击波作用头部进行数值模拟,得出了冲击波与头部相互作用时空气压力场变化规律;对头部颅内压变化情况进行分析,得出了冲击波从正面作用头部后额叶、顶叶脑组织压力会出现高频的正负压周期性波动,且会出现较高的压力峰值,为易受损区域.      

波群的数值模拟和物理模拟

基于现场实测资料,给出了一个波包谱的经验公式,在此基础上建议了波群的数值模拟和物理模拟方法,可按指定的波谱和波群特征参数,数值模拟和在实验水槽中制造出所要求的波群,得到了满意的结果。     

地下建筑遭受恐怖爆炸袭击的数值模拟

地下建筑内一旦发生爆炸,其影响范围可能波及地面数百米的范围.为了深入了解地下爆炸过程及其影响范围,采用数值计算方法,对一个典型的地下建筑在爆炸荷载作用下的响应进行了数值模拟.模拟了爆炸波在地下建筑内以及经由楼梯、电梯井直至地表的传播过程,并且计算了爆炸波引起的地面震动.还根据美国DoD规范和北约NATO规范规定的压力和地面震动的安全准则,对数值模拟结果进行了分析,从而得到了地下建筑内发生爆炸事故对地表的影响范围.     

防护密闭门抗爆炸冲击的数值模拟及结构设计优化

防护密闭门作为煤矿井下紧急避险系统的关键部件,有着很高的质量要求。文章针对某企业设计开发的防护密闭门,利用ANSYS/LS-DYNA软件,对其抗爆炸冲击性能进行了数值模拟分析;定量分析了该产品的变形、强度和密封性,并通过结构设计优化,大幅提高产品的性能指标,以达到国家规范要求,保证产品在0.6 MPa的爆炸冲击压力下,各项指标安全可靠。     

滚石柔性防护网耗能规律数值模拟

从滚石运动轨迹确定出发,基于数值模拟方法对云南省澜沧江沿岸某在建桥梁桥址区滚石高发边坡进行滚石滚落数值模拟,确定滚石运动特征。基于获得的滚石运动特征,使用Ls-dyna对滚石撞击柔性防护结构响应进行分析,获得拦石网动态响应特征。分析结果表明：滚石运动特征与边坡形式及覆盖层特征相关,在模拟假设条件下,与滚石质量相关性并不明显;重点关注的3个撞击参数拦石网最大变形、冲击力峰值和接触时间均表现出与撞击速度和滚石半径较好的线性相关性;柔性防护网在对不同半径滚石撞击下表现出明显的＂子弹效应＂,小半径滚石穿透拦石网所需动能明显小于大半径滚石。     

起爆方式对应力波传播规律影响的数值模拟

根据起爆方式对应力波传播的影响,运用适于求解高速碰撞、爆炸等问题的有限元程序KS—DYNA,对不同起爆方式下的应力波传播进行模拟研究。以岩石中的应力为研究对象,结合经验公式,对柱状装药形式下岩石中的应力波叠加过程进行分析。结果表明：反向起爆时,岩石中的有效应力最大,中间起爆时次之,正向起爆时最小。该结论为不同的工程实际需要选择不同的起爆方式提供了可靠依据。     

柔性压力管道甩击特性数值模拟

柔性压力管道作为一种重要的流体输送工具,以适用性强、安装快捷等特点广泛应用于临时或机动工程中,但随其耐压等级与额定流量不断提高,管道的振甩现象愈发突出,甩击事故时有发生,存在重大安全隐患。利用ANSYS Workbench平台对柔性压力管道脱扣断裂甩击行为进行数值模拟,研究了管道流速、流体物性参数、管道弯曲长度和弯曲半径、约束位置对甩击运动的影响。结果表明：管道的甩击运动具有很强的非线性特征,脱扣端的变形位移和甩击速度最大,固定端的等效应力最大;随管内流速增加,管道甩击的变形位移、甩击速度、等效应力增加,应变能呈高次方变化;随流体密度增加,管道甩击运动的主要参数都线性增加,流体黏度增加,管道甩击更加剧烈;管道长度越长,其运动周期越长;弯曲半径增大,管道甩击运动的主要参数都减小;而管道安全扣的约束位置主要影响了管道运行的长度和弯曲半径,从而对甩击运动产生影响,管道甩击振动由二阶模态主导。     

孤立波作用下斜坡堤越浪量的数值模拟

海啸对海面上的船舶、建筑物及周围环境破坏极大,而对于海啸的研究通常采用孤立波来模拟.为了探究海啸对斜坡堤越浪的问题,在FLUENT软件中,建立二维数值波浪水槽,采用用户定义函数(user defined function,UDF)边界造波,流体体积函数(volume of fluid,VOF)方法追踪自由表面,模拟出孤立波波高随时间变化的情况.并利用斜坡堤数值波浪水槽模拟堤顶处的越浪量,与实验数据对比.进而,研究相对波高、相对超高、相对堤顶宽度对越浪量的影响.研究结果表明,孤立波在斜坡堤作用下,越浪量数值模拟的结果与实验值吻合较好;无量纲越浪量随着相对波高的增大而增大;随着相对超高、相对堤顶宽度的增大而减小;通过模拟不同堤顶宽度的越浪量,总结出孤立波越浪量沿堤顶宽度衰减的经验公式.     

非均匀介质中应力波反射诱发层裂过程的数值模拟

采用基于细观损伤力学基础上开发的动态版RFPA2。数值模拟软件，对不同冲击栽荷作用下非均匀介质中应力波反射谤发层裂过程进行数值模拟。通过对不同应力波延续时间、不同应力波峰值和不同应力波波形下应力波诱发层裂过程的数值分析，对应力波反射诱发层裂的规律和机制进行探讨。研究结果表明：应力波延续时间和应力幅值对岩石的层裂过程影响较大，不同形状的应力波实际上是在相同时段内应力波具有不同的应力幅值和不同的应力加栽速率，不同形状的应力波对介质的作用结果是这些因素同时作用的综合反映;应力波反射谤发层裂过程的发生，是各个时刻不同加载条件下微破裂累积的宏观体现。     

海洋资料浮标波能供电装置数值模拟研究

海洋资料浮标的电源补给问题是亟待解决的关键技术之一。本文以浮标现有技术参数为基础,通过数值模拟研究以浮标标体作为能量吸收系统,传统齿轮齿条形式作为能量输出系统,永磁发电机配合滤波整流稳压模块作为电力输出系统的海洋资料浮标波浪能供电装置的可行性。计算结果表明,不考虑各阻尼,浮标体在波浪作用下可满足高转速、低扭矩的500 W三相交流永磁同步发电机的装机容量,同时理论计算发电机的输出电压可达到海洋资料浮标蓄电池14 V的充电要求。