空中爆炸冲击波作用下薄壁铝球壳体大变形响应的实验研究

对炸药空中爆炸冲击载荷作用薄壁铝球壳体在典型作用距离下的动态响应进行试验研究. 采用空中爆炸理论设计试验参数,测试薄壁铝球壳体的变形量,得到了作用距离、装药质量与中心变形量的对应关系,进行了弹性、刚塑性假设下球壳体动态响应的理论分析对比. 结果表明,试验结果与刚塑性理论分析结果吻合较好.     

3D-DIC在土木结构力学性能试验研究中的应用

为了更好地研究土木结构力学性能,采用改进的三维数字图像相关系统开展了纤维增强复合材料包裹混凝土柱抗压试验、纤维增强复合板-混凝土相对滑移试验、钢板拉压疲劳试验、预应力混凝土抗震试验和钢桁架结构连续倒塌动力试验.对圆柱体试件全表面同时进行测量,分析得到了360°全场应变数据.当平均应变达到2×10-2时,根据三维数字图像相关方法与电测法所得的应变结果的相对误差小于3%,说明前者具有较高的应变和位移测量精度.继而提出了一种基于边缘点消除刚体位移的方法,得到了滑移位移结果.利用高帧频相机进行连续采图,实现了在试验过程中的动态测量.由此证实了改进的三维数字图像相关系统在土木结构力学性能研究中的有效性.     

高速三维数字图像相关系统及其动载三维变形测量

基于双目立体视觉、高速摄影和数字图像相关方法,用两台高速相机搭建了可用于观测结构动态三维变形的高速三维数字图像相关测量系统.介绍了测量系统的原理及实验过程中需要注意的细节,用该测量系统进行了两个动载下三维变形观测的实验:摆锤冲击铝板实验和霍普金森杆冲击石墨圆柱实验,得到了受冲击铝板的动态离面位移场演化和石墨圆柱试件横向变形的三维位移场.     

冲击载荷下金属薄壁圆柱壳动态响应特性研究

为探讨薄壁结构金属件在冲击载荷作用下的变形模态、受力特征等动态力学响应特性,对3种材料的薄壁圆柱壳体进行了不同速度的落锤冲击实验,获得了相同冲击条件下不同材料圆柱壳体的变形模态、吸能方式和轴向缩短率,以及冲击速度和径厚比对圆柱壳体吸能和轴向缩短率的影响规律.研究结果表明:薄壁圆柱壳的轴向缩短率随着冲击速度增加而增加,由于应变率效应吸能能力也随着冲击速度增加而增加;薄壁圆柱壳体的轴向缩短率随着径厚比的增加而增加;动态冲击条件下的平均后屈曲载荷远大于准静态条件下的理论载荷,除了与圆筒直径、厚度以及材料特性相关外,还与冲击速度相关;通过非轴对称屈曲折皱变形来抗冲击A6060铝合金适合用于薄壁结构件.     

内爆荷载作用下结构等效静载计算方法

爆炸发生在结构内部时，结构受到双重荷载作用：瞬时的冲击波荷载和长时间的准静态气体压力。针对内部荷载特点，采用等效单自由度法推导出了用于计算等效静载的动效系数解析式，并根据冲击波脉冲作用时间远远小于结构自振周期的情况，给出了简化表达式。参照此简化表达式，并根据计算的精确值，获得子具有明确的物理意义，可以代替原复杂解析式的精确简化表达式，为结构抗内爆炸设计提供方便。     

爆炸容器动态响应的三维数字图像相关方法实验研究

通过实验测量手段研究爆炸容器的动态响应和振动特性. 通过使用3D-DIC方法获取爆炸容器在不同炸药药量情况下工作过程中的变形场信息,对容器封头和侧壁中环面的测量结果进行频谱分析得到了两个部位的主要频率,确定了爆炸罐的振动频谱分布情况. 结合有限元模拟方法,使用ANSYS软件模态分析模块建立容器的有限元模型,得到了容器各阶振动模态的固有频率,与DIC结果对比确定了爆炸罐的主要振动模态和振型,证明了本方法在研究容器振动领域的可行性和可靠性.     

基于3D-DIC技术的防弹头盔性能测试与评估

为研究防弹头盔在非贯穿侵彻情况下,头盔的瞬态力学响应规律以及对人体头部造成的钝性损伤程度,采用三维数字图像相关技术（3D-digital image correlation, 3D-DIC）开展了试验研究,获得了头盔内部鼓包高度、变形速度和变形区域的面积等数据,并结合钝性准则和简明损伤定级标准对头盔变形可能造成的头部损伤程度进行了评估. 试验结果表明,在非贯穿侵彻过程中,瞬时鼓包的最大高度平均值为27.8 mm,静态鼓包高度平均为9.5 mm. 头盔与颅骨间的间隙对头部钝击损伤严重程度有显著影响,当间隙为12.7 mm时,平均AIS分值为5,平均颅骨骨折概率为22.3%;当间隙为15 mm时,平均AIS分值为2,平均颅骨骨折概率为3.8%.      

圆柱密圈弹簧轴向变形公式简易验证试验方法

在材料力学课程的扭转变形一章中,基于能量法推导了圆柱形密圈弹簧轴向变形公式,该文提出了一个验证该公式的简易试验方法.利用数字图像相关法精确测量弹簧轴向变形,得到弹簧常数,结合材料力学教材中的弹簧轴向变形公式,计算出弹簧材料的剪切弹性模量,以验证弹簧轴向变形公式的正确性.此试验方法简单直观,不涉及复杂的数据处理,易于学生...     

脉冲载荷下含表面裂纹的圆柱壳体的动态断裂

本文对在激光辐照和脉冲载荷联合作用下的含表面半椭圆裂纹的圆柱壳体进行了动态断裂分析,计算了其热弹性断裂问题的应力强度因子,并与文献[1]的结果进行了分析比较,由此可知,在加载或载荷消失的瞬间,对壳体的破坏性较大。     

不同加强筋结构平板在爆炸载荷作用下的动态响应仿真

 针对爆炸载荷作用下外层结构防护能力加强问题,对四边固定的具有不同加强筋类型的平板在爆炸冲击载荷作用下的动态响应问题进行了数值仿真研究。利用ABAQUS软件建立了4种平板的有限元模型,仿真计算了平板在爆炸载荷作用下的响应,比较分析了平板的能量分布、平板中心点处的最大挠度值及应力分布等特性。结果表明,单纯地在平板背面添加加强筋数量对于抗爆性能的提高意义不大;所设计的4类平板中,由加强筋耦合成三角形的平板抗爆性能最佳。     

内爆作用下复合材料柱形爆炸容器的破坏

本文采用长径比为2.5∶1的纤维复合材料增强金属内衬代替复合材料柱形爆炸容器的筒身,研究不同装药质量下筒身的破坏特征.得到了筒身最大环向应变与装药相对质量的关系,理论计算得到的环向最大变形与实验吻合较好,可预测一定装药质量下复合材料柱形爆炸容器是否发生破坏,为复合材料柱形爆炸容器的设计及科学实验提供理论依据.     

爆炸载荷与倾斜裂纹相互作用的动态焦散线实像-虚像

为研究爆炸载荷与岩体内存在的节理、裂隙等的相互作用关系,采用爆炸载荷动态焦散线实像-虚像综合实验方法,研究了爆炸载荷作用下倾斜裂纹尖端应力场和翼裂纹动态扩展特性。研究结果表明:在爆炸应力波P波作用下,裂纹下尖端Ⅰ型应力强度因子小于0,裂纹上尖端Ⅰ型应力强度因子小于0。在爆生主裂纹作用下,爆生主裂纹与倾斜预制裂纹贯通,倾斜预制裂纹下尖端Ⅰ型应力强度因子小于0,因受到压应力未产生裂纹,裂纹上尖端Ⅰ型应力强度因子大于0,Ⅱ型应力强度因子大于0,受到拉应力并产生水平方向的翼裂纹。该综合实验方法可同时获得爆炸载荷下裂纹尖端的实像、虚像焦散斑数据,定量表征爆炸载荷与倾斜裂纹的相互作用过程。     

水下爆炸冲击波作用下多层圆柱壳的动响应

研究了无限域流场中球形药包爆炸时两端简支多层圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下的动响应．由于假定流场是无旋、无粘和不可压缩的，故可用Ｌａｐｌａｃｅ方程加以描述；而在圆柱壳的运动方程中考虑了流体动压力和冲击波压力的共同作用．利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法对耦合方程进行简化并数值求解，得到了多层圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下的响应特性．     

列车振动荷载对邻近深基坑的既有站变形影响

通过模拟的轮轨激振荷载 ,分析新建的平行换乘车站深基坑开挖过程中 ,既有车站结构的动力响应 .分析认为 :在换乘站基坑开挖过程中 ,由列车动荷载引起的既有车站结构位移在允许值的 7%范围以内 ;车振荷载主要引起连续墙的竖向振动加速度 ,但基坑开挖后 ,竖向振动加速度变化不大 ,而水平振动加速度幅值有较大增长 .     

内爆炸作用下地铁车站结构的动力响应与破坏分析

地铁车站环境封闭,一旦其内部发生意外或恐怖爆炸事件,结构会在爆炸波的冲击作用下产生强烈的动力响应和局部破坏.采用数值方法对地铁车站在背包炸弹等中小型爆炸装置产生的内部爆炸作用下的结构动态响应进行了分析,得到了梁、板、柱等主要受力构件的位移和应变等动力响应,同时分析了炸药量、构件配筋率以及土-结构相互作用等因素对结构主要受力构件响应的影响.研究表明:在内部爆炸作用下,地铁车站的站台板是结构中破坏最为严重的构件,临近柱和中板会产生开裂等轻微破坏;结构的动力响应随炸药量的增大而增大,随构件配筋率的增大而减小;土-结构相互作用对于距离爆源最近的梁、板、柱构件响应影响较小.     

水下爆炸圆柱壳塑性动态响应实验及数值计算

采用实验与数值模拟相结合的方法,对圆柱壳结构在水中受到柱形TNT炸药产生的冲击载荷作用下的动力响应过程进行研究.对不同装药量、爆炸距离和爆炸角度的影响分别进行了实验,利用大型有限元软件MSC.DYTRAN,对流场边界采用流-同耦合的处理方法进行计算,并将计算结果与实验数据进行对比,结果表明,计算结果与实验结果具有较好的一致性.证明了在有限区域内采用MSC.DYTRAN有限元软件中的流-固耦合方法进行水下爆炸的数值计算是可行的.     

内爆条件下建筑物等效载荷研究

为简化建筑物抗内爆设计与评估过程,采用流体动力学计算方法,研究了封闭房间中心内爆条件下建筑构件表面的超压载荷分布特性;并考虑泄爆面积对超压载荷特性的影响,将内爆载荷等效为构件表面的双三角均布脉冲载荷,提出了等效载荷的近似计算方法.根据量纲分析以及典型房间在不同TNT当量内爆条件下的数值计算,得到了典型房间中心内爆炸等效载荷的经验公式.通过与内爆工况下结构动力响应计算结果的比较验证了该方法的有效性.      

爆炸荷载作用下空间钢框架破坏过程分析

采用有限元软件ANSYS／LS-DYNA研究空间钢框架在爆炸荷载作用下，从开始发生变形直至倒塌的全过程。分析中考虑了爆炸载荷作用时间和荷载峰值对结构动力响应的影响。结果表明：在爆炸荷载作用下，结构变形形态具有局部性和弱传递性，即爆炸区的梁柱首先产生大变形并伴随大塑性应变，最后在横梁和立柱端部达到材料失效应变而断裂，其他部位受到的影响则很小；爆炸部位处的构件断裂破坏后，剩余的结构会在自重和恒载作用下发生连续倒塌。