水下爆炸作用下结构弹塑性动响应数值计算方法

针对水下爆炸强冲击载荷作用下结构塑性永久变形问题,建立流固耦合数值计算模型,采用二阶双重渐近法(DAA2)对流固耦合模型解耦,流体和结构数值模型利用分部法交错计算。流体部分对结构湿表面建立边界元模型,通过Newmark时间积分法求解二阶DAA方程;结构部分基于考虑弹塑性效应的任意参考构型理论建立了有限元运动方程,采用前增量位移时间积分法进行显式求解,避免流固耦合数据交互过程中的迭代修正以简化求解流程。对水下爆炸结构动响应问题进行数值模拟,并与理论及试验结果进行对比。结果表明,在水下爆炸产生的强冲击载荷作用下结构会发生永久塑性变形,本研究方法计算得到的位移、速度、应力等结构响应量与相关参考结果相吻合。表明发展的水下爆炸流固耦合求解方法可准确模拟强冲击载荷作用下的结构弹塑性动响应,拓展了DAA2方法的应用范围。

水下爆炸空化研究进展

从理论研究、实验研究和数值模拟3个方面对水下爆炸局部空化和片空化的研究进展进行了综述,总结了理论及数值方面的研究进展,介绍了新的实验技术在水下爆炸空化研究中的应用。

爆炸和冲击载荷下金属材料及结构的动态失效仿真

通过数值模拟研究爆炸冲击载荷下金属材料和结构的动态失效规律,对表征爆炸冲击毁伤效应及设计新型抗冲击结构有重要意义.强动载下金属材料失效涉及材料大变形、热力耦合、材料状态变化等多个复杂物理过程,给数值仿真带来了极大挑战,其中包括裂纹、剪切带等复杂失效模式的几何描述、动态失效准则的确定、塑性与损伤耦合演化的描述等问题.针对这些挑战性问题,基于能量变分建立描述金属动态失效过程的热弹塑性相场理论和计算模型,实现了断裂与剪切带失效模式的统一描述,并提出了其显式有限元高效求解策略.进一步将该模型应用于爆炸冲击载荷下金属脆韧失效模式转变、绝热剪切带(ASBs)自组织及冲击波作用下薄壁圆盘失效形式转变三个典型金属动态失效问题,验证了理论模型的准确性及计算模型的稳健性.该工作为后续开展基于仿真的爆炸冲击毁伤评估及防护结构设计研究奠定了基础.

应用构型一致的显式方法预测结构冲击动响应

目的 发展构型一致的显式方法,以提高拉格朗日有限元对冲击、碰撞及侵彻问题计算的精度和健壮性。方法 为更准确地描述和计算结构大变形,基于任意参考构型理论,建立构型一致的动量方程拉格朗日有限元格式。为避免网格间侵入现象,通过结合前增量位移的时间积分方法和共轭梯度算法,使得显式增量步更新后,仍满足接触非侵入条件。结果 通过对大变形碰撞及侵彻问题的模拟,并与LS-DYNA软件结果对比,验证了计算方法的可靠性。结论 基于构型一致的显式算法可有效抑制大变形碰撞过程的单元畸变,提高计算程序的健壮性和预测准确度,使该算法在模拟大变形碰撞问题方面具有优势。

水下爆炸近自由面空化载荷特性分析

水下爆炸近自由面空化对于冲击波传播、爆炸气泡运动以及水面结构冲击损伤都存在重要影响。目前国内外主要采用单流体模型来处理空化,但是难以精确获得空化演化过程中的溃灭载荷以及空化域内部的流场特征。文中引入考虑相变转换的四方程模型,利用2阶MUSCL-Hancock重构格式和HLLC近似黎曼求解器求解齐次双曲型方程,再采用牛顿迭代法求解相变方程。利用水下爆炸近自由面空化试验对该模型进行了初步验证,获得了空化域的典型运动形态和内部压力载荷特性。并在此基础上探索了不同爆深和药量对空化载荷的影响规律,发现空化域内部压力分布范围较广,并非维持在恒定的饱和蒸汽压附近。文中工作可为水下爆炸空化的深入研究提供参考。

基于ANSYS的郑焦城际铁路黄河大桥主桥的力学分析

在常规载荷作用下整体结构应力水平较低,结构基频较低且结构频谱比较密集,多数振型以纵梁振动为主。在多遇地震作用下,变形指标符合国家现行相关规范要求,整体结构应力水平较低,满足小震不坏的结构弹性要求。