Ⅰ-Ⅴ型夹芯板在近爆冲击波和破片群联合作用下防爆性能研究

针对民用建筑物墙、板构件提出一种新型的Ⅰ-Ⅴ型夹芯板防护结构,采用非线性有限元软件LS-DYNA,开展近爆冲击波和破片群联合作用下Ⅰ-Ⅴ型夹芯板的防护性能研究.从质量损失、能量吸收和竖向峰值位移响应3个方面,研究了炸药比例距离、炸药起爆位置对夹芯板防护效果的影响,同时对夹芯板的实际防护性能进行了验证.结果表明:炸药比例距离对Ⅰ-Ⅴ型夹芯板的防护性能有较大的影响;不同炸药起爆位置对Ⅰ-Ⅴ型夹芯板的毁伤程度不同,在轴向增加起爆点的个数并不能显著增大Ⅰ-Ⅴ型夹芯板的毁伤程度;有Ⅰ-Ⅴ型夹芯板防护的钢筋混凝土板迎爆面只有少量混凝土脱落,且无钢筋外露,背爆面无混凝土脱落,也无钢筋外露,塑性变形区域较小,整体没有形成贯穿破坏,Ⅰ-Ⅴ型夹芯板的实际防护效果很好.     

近爆冲击波和破片群联合作用下I-V型夹芯板的防护性能研究

为了研究民用建筑物墙、板构件在近爆冲击波及破片联合作用下的防护性能,提出1种新型I-V型夹芯板防护结构;利用非线性有限元分析软件LS-DYNA,分析冲击波、破片群单独作用及二者联合作用下I-V型夹芯板的毁伤效果的差异;在保持用钢质量不变的前提下,从夹芯板质量损失、能量吸收和竖向峰值位移3个方面,研究夹芯板的上、下面板厚度及夹芯层配置对其防护性能的影响,并与其他类型的夹芯板进行对比。研究结果表明:冲击波和破片群联合作用下对夹芯板的破坏效果具有叠加累积效应,明显强于两者单一作用下破坏效果的线性叠加;在相同荷载工况下,I-V型夹芯板防护效果最优;上、下面板厚度及夹芯层配置对I-V型夹芯板的防护性能有较大的影响;不同侵彻位置下I-V型夹芯板的防护性能基本相同,无局部薄弱部位,整体防护性能较好;不同破片作用下I-V型夹芯板的防护性能不同,破片截面边长为15 mm时夹芯板防护性能最好。     

近爆冲击波和破片复合作用下混凝土空心砌块墙防护技术研究

为探究在不同冲击波和破片复合荷载作用下混凝土空心砌块填充墙的损伤特征和防护技术,通过ANSYS/LS-DYNA软件建立了混凝土空心砌块填充墙各部件、破片和炸药的模型,得到了比例距离、破片尺寸、起爆点对墙体的位移响应的影响以及在聚脲弹性体与钢丝网共同加固条件下墙体所能承受的极限炸药质量和较为经济的防护厚度.结果表明:通过与试验对比验证,本文的研究方法是可靠的;在近爆冲击波和破片复合作用的条件下,比例距离不能作为判定墙体受损严重程度的依据;同等质量下,减小破片尺寸使墙体破坏加重;改变起爆点对墙体破坏程度的影响微弱;在增加防护后,墙体抗爆性能明显加强,采用5 mm聚脲弹性体和钢丝网加固的墙体在炸药距离1.2 m时的能够抵抗的等效TNT炸药质量在8.296kg和11.376 kg之间;当炸药距离为1.2 m,等效TNT炸药质量为2.456 8 kg时,较为经济的防护手段是聚脲弹性体厚度和钢丝网钢丝直径均为3 mm.本文成果可为混凝土空心砌块填充墙抗爆性能及其防爆技术的研究提供重要参考.     

冲击波和预制破片复合作用下H型

为探究H型钢柱在近距爆炸冲击波和预制破片复合作用下的抗爆性能,基于非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA,通过在圆柱形TNT炸药柱身外贴预制破片来模拟爆炸产生的冲击波和破片对钢柱的损伤破坏。分析了冲击波载荷、破片群载荷及复合载荷作用下H型钢柱动态响应的差异。同时,通过参数化分析方法,探究了在冲击波和预制破片复合作用下轴压比、钢材强度、长细比和截面类型等因素对H型钢柱损伤效应的影响规律。结果表明：近爆作用下冲击波和预制破片的复合载荷作用具有叠加增强效应,复合载荷作用大于单一载荷作用效果的线性叠加;在钢柱抗爆设计中,应控制其所承受的轴向压力,钢材强度等级为Q235时,轴压比不宜大于0.4。应合理选择钢材强度等级,而不要盲目选择高强钢材。通过改变柱高来改变长细比对钢柱破坏影响不大。圆管型截面钢柱的抗爆能力最好,H型截面次之,箱形截面最差。本文成果可为钢结构抗爆理论和防护技术提供参考。     

冲击波和预制破片复合作用下H型钢柱损伤效应分析

为探究H型钢柱在近距爆炸冲击波和预制破片复合作用下的抗爆性能,基于非线性有限元软件ANSYS/LSDYNA,通过在圆柱形TNT炸药柱身外贴预制破片来模拟爆炸产生的冲击波和破片对钢柱的损伤破坏.分析了冲击波载荷、破片群载荷及复合载荷作用下H型钢柱动态响应的差异.同时,通过参数化分析方法,探究了在冲击波和预制破片复合作用下轴压比、钢材强度、长细比和截面类型等因素对H型钢柱损伤效应的影响规律.结果表明,近爆作用下,冲击波和预制破片的复合载荷作用具有叠加增强效应,复合载荷作用大于单一载荷作用效果的线性叠加.在钢柱抗爆设计中,应控制其所承受的轴向压力,钢材强度等级为Q235时,轴压比不宜大于0.4.应合理选择钢材强度等级,不要盲目选择高强钢材.通过改变柱高来改变长细比对钢柱破坏影响不大.圆管型截面钢柱的抗爆能力最好,H型截面次之,箱形截面最差.     

爆炸波与破片联合作用下砌块墙的损伤和防护

基于ANSYS/LS-DYNA软件建立了混凝土空心砌块填充墙、破片和炸药的模型,并对其在由爆炸驱动的破片和由爆炸产生的冲击波作用下的损伤进行了数值模拟.分析了单独冲击波作用、单独破片作用及二者复合作用下混凝土空心砌块填充墙位移响应的差异,探究了不同砌块强度、空心砌块壁肋比、砂浆强度和钢丝网网格密度对混凝土空心砌块填充墙的位移响应的影响.给出了聚脲弹性体、聚脲弹性体与钢丝网联合加固二者加固效果的比较.结果表明:通过与试验对比验证,建模方式是可靠的;在破片和冲击波复合作用下,混凝土空心砌块填充墙的位移比二者线性叠加的位移更大;提高砌块强度等级、提高空心砌块的壁肋比对墙体抗爆有利;改变砂浆强度对墙体抗爆的影响微弱;加密钢丝网网格可显著提高其防护效果.     

破片与冲击波复合作用下 预应力混凝土T形梁损伤分析

基于ANSYS/LS-DYNA软件建立了预应力钢筋混凝土T形梁、炸药和破片的数值模型,并探究其承受冲击波-破片复合作用时的动态响应及损伤,对研究方法的有效性进行了试验对比验证.分析了冲击波、破片群单独作用及二者复合作用下T形梁损伤和位移响应的异同.运用参数化分析方法,研究张拉控制应力、纵筋配筋率、非加密区箍筋配箍率、混凝土抗压强度、炸药比例距离及爆心位置等因素对T形梁损伤效应的影响,结果表明:随着张拉控制应力、纵筋配筋率及非加密区箍筋配箍率的增加,T形梁的抗爆性能呈现非线性增强;混凝土抗压强度对T形梁抗爆性能增强效果不明显;比例距离相同时,炸药质量比爆心到梁表面距离对梁的毁伤效果影响更为突出,炸药质量越大,T形梁毁伤越严重;当爆心偏离T形梁面正上方时,梁跨中底面横桥向上各点位移峰值从靠近爆心一侧向远离爆心一侧,近似呈均匀增加;爆心偏离中心点距离越小,梁跨中底面位移动态响应越大.     

钢框架在冲击波和破片复合作用下的破坏倒塌机理

为了探究钢框架在近爆冲击波和预制破片群复合作用下的抗爆抗倒塌性能,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行模拟爆炸分析.首先,对钢框架的梁柱节点进行分离式建模;然后,在炸药表面张贴预制破片,实现冲击波和破片的复合,得出冲击波、破片单独作用以及二者复合作用时对钢框架的不同破坏规律;最后,运用变参分析研究冲击波和破片复...     

破片群作用下复合材料结构损伤特性及抢修需求分析

对战斗部破片群作用下复合材料结构损伤规律进行了试验研究。以实际飞机复合材料部件为研究对象,开展了层压板、层压板加筋结构的战斗部地面静爆试验,采用无损检测方法对复合材料在高速冲击下的真实损伤情况进行了检测分析。检测结果表明,遭受单个破片高速冲击的层压板结构的主要损伤形式为破孔+周边分层+表面纤维撕裂,破孔尺寸与弹片尺寸相当,周边分层扩展面积约为破孔面积的1.13~5.00倍。最后,结合修理需求和强度分析结果,提出了修复建议。同样的冲击条件下,层压板结构剩余强度下降比加筋壁板结构的更明显,但从服役的角度看,可能会出现加筋壁板结构剩余承载能力低于极限强度,而层压板结构可采取不修或简单贴补等恢复结构完整性后继续使用的现象。     

近爆冲击波和破片联合作用下钢筋混凝土剪力墙的动态响应及参数分析

为研究钢筋混凝土剪力墙在近爆冲击波和破片联合作用下的动力响应,应用非线性有限元软件LS-DYNA开展近爆冲击波和破片对钢筋混凝土剪力墙联合作用的数值模拟分析.同时,通过参数化分析的方法,探究了冲击波和破片联合作用下剪力墙高厚比、分布筋间距和炸药比例距离等因素对其动力响应的影响.研究表明:近爆作用下冲击波和破片的联合作用强于单一作用,且联合作用要大于两者单一作用效果的线性叠加;减小钢筋混凝土剪力墙的高厚比,可以有效降低其水平位移响应,且随着高厚比的减小,水平位移响应减小速率加快;减小钢筋混凝土剪力墙分布筋的间距,可以有效降低其水平位移响应,且随着分布筋间距的减小,水平位移响应减缓程度有所降低;增大炸药比例距离,可以有效降低其水平位移响应,且随着炸药比例距离的增大,水平位移响应减缓程度有所增加.     

水下爆炸冲击波下X型夹层板抗爆性能分析

基于大型商用软件MSC.DYTRAN,通过分析比较,初步得出结论:新型复合材料X型夹层板具有吸能好、比强度高等特点,是一种理想的能量吸收单元.与传统船体板架结构相比,夹层板单元在水下冲击波作用下结构的变形、吸能、速度、加速度均有不同程度的改善.     

水下爆炸载荷下多层金字塔夹芯板动态响应研究

研究金属夹芯板在水下爆炸冲击下的动态响应规律和抗冲击性能,对提升舰船防护能力有重要意义. 利用等效水下爆炸冲击加载实验装置对双层金字塔点阵夹芯板进行实验,得到了其动态响应规律;结合ABAQUS流固耦合仿真对实验进行模拟,结果与实验误差较小,验证了仿真的有效性. 针对不同参数的多层夹芯板,利用仿真分析了其不同的响应规律,结果表明:多层夹芯板比单层夹芯板有更强的抗冲击性能;夹芯板面板总厚度一定时,拥有较薄前面板和较厚后面板的夹芯板抗冲击性能更强;对于三层夹芯板,其密度排列顺序为BAC和ABC时后面板变形更小,CBA排列的夹芯板抗冲击性能最弱.      

充压壳体在爆炸冲击波作用下的毁伤特性研究

为了得到充压壳体在爆炸冲击波作用下的毁伤规律,利用LS/DYNA软件,研究了充压壳体在爆炸冲击波作用下的毁伤模式。首先,利用数值模拟对比验证了柱壳在侧向爆炸载荷作用的三种毁伤模式;然后,考察了在炸药当量不变的情况下,不同壳体内压、不同炸距对壳体中心点位移的影响。结果表明:数值模拟结果与试验结果可以很好地吻合,能够准确反映壳体的毁伤特性;当壳体内压保持不变时,壳体中心点位移随着炸距的增大而减小;并且当炸距大于某一临界距离时,壳体中心点位移存在回弹区。当炸距保持不变时,壳体中心点位移随着内压的增大而减小;并且当壳体内压大于某一临界压力时,壳体中心点位移存在回弹区。研究结果可为毁伤评估及目标防护设计等提供了一定的参考。     

防护材料对爆炸驱动反应破片的影响

 研究了反应破片战斗部在爆轰驱动下反应破片的加载过程。利用AUTODYN-3D有限元计算软件,针对含能破片战斗部作用的特点,建立了破片抛射速度和主装药、隔爆层、破片等参数的数学模型,模拟了主炸药的起爆、爆轰波的传播、防护材料的作用及对破片的初始驱动过程;通过研究不同防护材料对爆炸冲击波的衰减特性,在满足反应破片抛射初速的前提下保证破片不破坏且有足够的抛射速度;对爆炸驱动过程进行理论分析和数值模拟,验证所设计的防护材料对反应破片的防护性能;对理论计算和数值模拟结果进行比较,并分析各影响因素,结论可为含能破片战斗部结构设计提供依据。     

爆炸荷载作用下地下结构抗层裂钢板机理分析

为了对某飞机洞库的抗层裂钢板进行有效地设计，基于层状介质中一维应力波的传播理论，给出了脉冲荷载作用下地下结构混凝土中的应力历史计算方法。通过算例研究了混凝土中应力波的传播规律，揭示了混凝土-钢板层状结构抗层裂的相互作用机理，可为地下结构的抗层裂设计、施工提供参考。     

爆炸荷载作用下地下结构杭层裂钢板机理分析

为了对某飞机洞库的抗层裂钢板进行有效地设计,基于层状介质中一维应力波的传播理论,给出了脉冲荷载作用下地下结构混凝土中的应力历史计算方法.通过算例研究了混凝土中应力波的传播规律,揭示了混凝土-钢板层状结构抗层裂的相互作用机理,可为地下结构的抗层裂设计、施工提供参考.     

基于Ansys的冲击载荷下蜂窝夹芯板的动力学响应

以四边固支铝基蜂窝夹芯板为研究对象,针对蜂窝夹芯板胞元中添加颗粒的位置及填充量对动力学响应的影响进行了Ansys数值模拟计算,并比较了不同条件下的蜂窝夹芯板应力应变值.结果表明:在冲击载荷下,蜂窝夹芯板胞元中添加颗粒后能很好地减小应力应变值,增大蜂窝夹芯板的吸能效果.颗粒填充范围为0.2~0.25,颗粒填充数为两粒时,蜂窝夹芯板的应力应变值最小,吸能效果最佳,过多的填充不仅不具有更好的吸能效果,反而会激振蜂窝夹芯板.     

爆炸冲击作用下钢筋混凝土板的动态响应研究

为研究爆炸载荷下钢筋混凝土板的动态响应,基于量纲分析得到了球形装药质量、爆心距和钢筋混凝土靶板挠度之间的无量纲关系.利用有限元软件AUTODYN建立空气-炸药-钢筋混凝土板的三维数值模型,考虑炸药、空气和靶板之间的流固耦合相互作用,模拟结果和实验结果基本吻合.改变固支条件为四边固支,控制单一变量,分别得到装药质量和爆心距对靶板挠度的影响规律.结果表明,保持爆心距一定,当比例距离大于0.6 m/kg^1/3的情况下,即不考虑近场爆炸和接触爆炸,钢筋混凝土板中心挠度随装药质量增加近似呈线性递增趋势;而当改变爆心距时,挠度随爆心距的增加近似呈指数递减趋势.     

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.      

爆炸作用下薄壁柱壳结构动力响应实验研究

为获得薄壁圆柱壳结构在可燃气体爆炸作用下的动力响应特性,该文进行了乙炔/空气混合气体爆炸冲击波对缩比薄壁柱壳模型的冲击实验,测得模型壁面的超压荷载、动态应变和振动加速度时程曲线。通过对时程曲线的变化特征分析,研究了爆炸荷载作用下薄壁柱壳结构的响应特性及其破坏机理。实验结果表明,在爆炸荷载作用下,正反射迎爆区域壁面超压和应变峰值始终最高;柱壳模型抵抗变形破坏的能力与其径高比D/H有关,径高比接近1的模型抵抗变形破坏的能力较强;柱壳模型内部液体能够吸收和耗散爆炸冲击能量。