封闭空间内爆载荷下结构响应试验及仿真研究

TNT在封闭空间内爆炸会发生燃烧反应并释放大量的能量,这些附加能量会对内爆载荷起到增强作用,为分析封闭空间内爆炸载荷作用下的结构动态响应。开展封闭空间爆炸试验,通过试验数据对称性验证,说明试验中压力测试结果准确可靠;然后开展数值计算研究,并探讨板厚、屈服应力和边界约束3个因素对靶板结构动态响应的影响。数值计算与试验结果的准静态压力吻合较好,靶板中心点初始峰值位移和最终位移的误差均小于5%,验证数值计算方法的可靠性;靶板中心点初始峰值位移和最终位移增大比例与板厚减小比例相当;靶板中心点初始峰值位移减小比例约为屈服应力增大比例的0.2倍,而最终位移的减小比例约为屈服应力增大比例的0.4倍。所采用的数值计算方法能够很好地模拟结构在封闭空间爆炸载荷作用下的响应,可为舰船抗爆结构设计提供一定参考。

一种轴径双向分离式电磁线圈驱动装置的结构响应特性

为了避免传统一体化驱动结构在运行过程中容易出现骨架断裂失效等不稳定现象.本文根据典型一体化驱动结构在运行过程中的应力应变,结合加速实验后出现内壁裂痕的一体化驱动结构的耐压放电测试,分析确定一体化驱动结构存在的不稳定因素,初步设计了一种轴径双向分离式模块化的新型驱动结构,对新结构在运行过程中的电磁及结构响应等展开有限元仿真分析.在相同激励条件下,新型驱动结构内壁上的应力应变远小于一体化结构,同时一体化驱动结构的内壁上的最大形变约为10-2m量级,而新型驱动结构在运行过程中内壁上的最大形变降低至10^(-5)—10^(-6)m量级.结果表明新结构能够在保证推进性能的前提下,降低内壁和相间隔板的应力应变及变形程度,提高了结构的可靠性,能够为电磁线圈驱动结构的设计优化提供一定参考和借鉴.

不同水下爆炸参数下双层加筋圆柱壳结构响应研究

本文采用声固耦合方法模拟水下中远场爆炸产生的冲击波载荷和气泡脉动对双层加筋圆柱壳的冲击响应。从不同工况水下爆炸载荷下的鞭状运动和关键部位冲击响应2个方面,研究了药量、爆距、水深、爆炸方位等参数对双层加筋圆柱壳结构响应的影响。研究表明,在中远场水下爆炸作用下,双层加筋圆柱壳在不同药量和爆距下鞭状运动的位移响应幅值和冲击环境谱加速度幅值变化较大,但其鞭状运动的位移响应曲线的周期变化不大。双层加筋圆柱壳在不同水深下,鞭状运动受到水下载荷周期性影响显著,但谱加速度幅值变化不大。双层加筋圆柱壳在不同爆炸方位下鞭状运动变化和冲击环境谱加速度分布受其影响显著。这项研究旨在为水下中远场爆炸作用下,水下航行体结构的抗冲击特性研究提供数据及理论支撑。

某过断层深埋高水头TBM输水隧洞围岩-支护结构响应规律

为了研究过断层深埋高水头敞开式TBM输水隧洞支护结构的响应规律,对不同支护方案下某过断层深埋高水头敞开式TBM隧洞围岩与支护结构的响应规律进行对比分析,选出最合适的支护设计方案。建立TBM隧洞动态开挖-支护精细仿真模型,逐个研究动态开挖-支护中围岩、锚杆、钢拱架、初喷混凝土、二衬的响应规律。结果表明:依次支护管棚、锚杆、钢拱架、固结灌浆、衬砌后,围岩拱顶变形分别降为不支护时的59.4%、32.9%、32.9%、4.1%、3.2%。盾尾离开后各响应突增,增幅逐步减缓且最终趋于稳定,衬砌支护后突降并稳定。锚杆应力分布不均,支护后拱腰处锚杆应力比拱顶增加快,各锚杆应力越靠近洞壁处越大。管棚+锚杆+钢拱架+固结灌浆+初喷+二衬可保证安全,但需固结围岩弹性模量、黏聚力及内摩擦角分别提高1.0、1.0、0.21倍。

基于改进卷积神经网络的闸门结构响应数据修补方法

针对结构健康监测过程中数据缺失影响结构安全运行的问题,提出了一种基于改进卷积神经网络的数据补全方法,通过利用矩阵补全的方法实现了多通道数据的同时修补。首先将缺失信号经过傅里叶变换得到基础矩阵,并利用矩阵分解出的实部和虚部作为训练的输入,与L1-CNN神经网络作内积。采用基系数作为卷积运算的基础,并经过原始信号与修补信号进行对比更新,在更新卷积核同时应用L1正则化,得到修补后的信号。最后,以溢洪道水工闸门结构的加速度传感器信号为例进行数据修补,验证所提方法合理性,结果表明所提数据补全方法能够修复缺失率为30%以内的信号且不失真;修复缺失率为40%的信号,发现部分区域呈现失真状态。与其他方法对比分析表明,使用该方法补全的数据与原始数据具有最高拟合度,预测趋势接近完整数据。

武汉某超高层建筑对台湾花莲6.9级地震的结构响应分析

为研究2022年台湾花莲6.9级地震对武汉市某超高层建筑结构的影响,初步分析了该建筑结构4个加速度测点记录的各向PGA放大效应、傅立叶谱及反应谱,分别利用互功率谱法和基于协方差的随机子空间法分别识别结构在频域和时域上的一阶模态。结果表明:结构的峰值加速度随楼层的增高而有显著的放大效应,最大放大倍数达7.322倍;各向傅立叶谱峰值均集中在0.275 Hz和1.171 Hz;加速度响应反应谱远小于该地区Ⅵ度设防地震设计谱;两种方法识别的结构一阶模态频率基本一致,均接近数值分析值。台湾花莲6.9级地震没有对该高层建筑结构造成损伤。

软黏土矩形顶管土压力分布与结构响应分析

矩形及类矩形顶管越来越多应用于城市地下空间结构建设,其结构水土荷载分布特征及结构响应对工程稳定性、安全性尤为重要,然而相关研究较少。在回顾现有顶管土压力计算方法的基础上,通过有限元模拟研究了饱和软黏土矩形顶管顶部竖向土压力分布和侧向衬砌变形模式,提出了包含非均值分布竖向土压力和水平地层抗力的矩形顶管荷载模式,通过与地层-结构整体有限元模拟对比,对上述方法进行了验证。主要结论为:(1)顶管顶部土压力为非均值分布,呈现跨中压力小,两侧压力大的梯形分布模式,顶部土压力平均值与全覆土土压力相近;(2)竖向土压力分布非均值程度随着截面尺寸增加、结构埋深增加、高宽比减少而增加,高宽比影响最为显著;(3)截面高宽比可影响顶管结构侧向变形模式,扁平顶管侧向向外变形挤压土体,诱发水平地层抗力;(4)竖向土压力非均值分布及水平地层抗力对合理计算软黏土矩形顶管顶部及两腰处弯矩具有重要作用。

水下爆炸作用下悬浮隧道管体形状对结构响应的影响规律

为研究水下爆炸条件下断面形式对悬浮隧道结构响应和抗冲击性能的影响,采用LS-DYNA有限元软件建立圆形、椭圆形和长方形3种断面悬浮隧道的数值计算模型,进行动力响应数值模拟分析。对比分析3种断面悬浮隧道在爆炸作用下管体位移、压力及有效应力的响应特性。结果表明:1)圆形断面悬浮隧道受爆炸影响的范围最小,位移、压力和有效应力峰值最低,安全系数最高,抗冲击波性能最优;2)椭圆形和长方形断面管体更易发生局部应力集中,尤其长方形断面的压力和有效应力峰值都高于圆形和椭圆形断面,抗冲击性能较差;3)椭圆形断面悬浮隧道的竖向位移要大于长方形断面,但长方形断面位移变形存在明显畸变。综合分析表明,圆形断面悬浮隧道的抗爆性能优于椭圆形和长方形断面。

穿越不良地质带隧道结构响应规律模型实验平台设计

为研究隧道穿越不良地质带的结构响应特性,以福宜高速公路阳宗隧道工程为依托,设计了穿越不良地质带隧道结构响应规律模型实验平台,实现了几种不同类型不良地质带工况下隧道工程缩尺模拟实验。基于该平台,详细介绍了所有系统的结构及功能,针对4种不良地质带工况制定了相应实验方案,并以断层破碎带作为典型不良地质案例,演示了模型实验全过程,分析了隧道穿越断层破碎带区域的结构响应规律,最后将实验结果与数值模拟结果进行对比,验证了模型实验的有效性。

基于监测数据的桥梁台风期结构响应研究

针对沿海地区台风过境后桥梁结构安全状况的评价难题,以浙江沿海地区一座无背索独塔斜拉桥为背景工程,提取2022年台风“梅花”登陆浙江沿海期间该桥健康监测系统获得的全过程数据,通过数据分析研究台风历经前后环境状况的变化情况,以及桥梁关键结构响应(主梁振动、拉索振动、应变和转角数据)的演化过程。结果表明:台风过境过程中,环境温度在台风中降低、湿度增大;结构响应特征中的主梁竖向振动、主梁应变等参数未发生显著变化,拉索振动加速度变化最为显著。台风过境后,结构响应恢复到过境前水平,表明台风并未对结构整体产生显著影响。基于监测数据分析台风过境前后状态,可以显示台风历经前后外部环境和结构内部响应变化趋势,揭示控制桥梁安全的关键响应,可作为台风过后桥梁安全性评价的重要方法。

桥梁荷载试验中动态载荷作用下的结构响应分析

本研究综合应用桥梁荷载试验,专注于分析动态与静态载荷对桥梁结构响应的不同影响,通过实施细致的荷载设置和高 精度的监测技术,详细考察了不同载荷条件下桥梁的行为模式。研究不仅包括传统的材质检测还扩展至外观检测,从而全面评估 了桥梁的结构安全性与操作可靠性,深化了对桥梁动态性能的理解,提供了针对性的设计与维护建议。旨在优化桥梁结构的整体 性能并有效延长其服务周期,并且确保了桥梁设计的前瞻性和适应性,满足现代交通需求的持续发展。

深基坑吊脚桩结构响应规律参数研究

该文以梧州市某民用深基坑工程为背景,运用PLAXIS分析了嵌固深度与岩肩宽度对吊脚桩结构变形的影响规律。结果表明:随着嵌固深度增加,支护桩的水平位移、桩身弯矩以及基坑外地表沉降逐渐降低,变化速率逐渐减小;随着岩肩宽度增加,支护桩的水平位移、桩身弯矩以及基坑外地表沉降逐渐降低,变化速率逐渐减小,其中桩体水平位移与弯矩的最大值发生处逐渐向地表方向移动,基坑外地表沉降最大值发生处逐渐远离基坑边缘,建议在采用吊脚桩形式的深基坑施工过程中,预留足够的嵌岩深度与岩肩宽度。该研究可对相似工程提供一定参考。

大件运输车辆通行高速公路装配式桥梁结构响应特征研究

文章以预应力T梁为例,对装配式桥梁结构响应特征进行了研究。研究结果表明,当桥跨组合相同时,不同斜交角度桥梁的受力差异较大,且弯矩、剪力极值均随着斜角角度的增加而增大,可选取斜角角度较大的桥梁作为典型控制桥梁;当桥跨组合相同时,主梁片数为奇数的桥梁比主梁片数为偶数的桥梁受力更为不利,可选取主梁片数为奇数且桥宽小的桥梁作为典型控制桥梁;当单跨跨径相同时,不同跨数连续T梁的内力极值基本一致,但与简支T梁有一定区别,可选取简支梁及跨数较少的连续体系桥梁作为典型控制桥梁。

构型弹体跌落冲击载荷及结构响应特性

为深入认识跌落冲击条件下构型弹体内部的载荷传递规律及结构响应特征,促进战斗部装药安定性评估和结构设计,结合数值模拟和应力波分析手段,研究了构型弹体在跌落过程中的冲击响应特征,主要关注内部药柱的变形和损伤特性,并讨论跌落姿态、装药构型和跌落高度等因素的影响。结果表明,在跌落冲击条件下,构型弹体装药的变形并非由药柱同壳体的直接撞击作用主控,而主要受到弹体内部应力波传播的影响。装药结构最大变形和损伤区域并不位于药柱外侧同壳体相接触的位置,而位于内部区域。冲击应力波在壳体和药柱之间的透射特征、在壳体和装药内部的反射和叠加特性等决定了药柱的主要变形区域及其变形程度。跌落姿态对药柱的响应特征和变形形貌具有重要影响,导致装药安定性风险从高到低排序的跌落姿态依次为尾部向下垂直跌落、水平跌落、头部向下垂直跌落和倾斜跌落。药柱构型也具有重要作用,其中药柱分段界面容易使得药柱变形程度增大,但对装药过载以及变形分布特征的影响相对较小;隔板结构则容易增大装药过载,同时导致药柱的局域变形位置和变形程度均发生改变。跌落高度对药柱变形区域分布特征的影响较小,对载荷幅值、变形程度和分布范围大小等则具有重要作用,随跌落高度增加,药柱的变形和过载逐渐增大。基于数值模拟结合应力波传播来阐释复杂构型弹体结构响应特征的研究手段,较好地搭建了基本理论与实际工程应用之间的分析桥梁。

弹体斜侵彻双层钢板的结构响应和失效研究

为探究弹体斜侵彻多层钢板的结构响应及失效规律,开展了圆形、椭圆和非对称椭圆三种截面弹体对双层钢板的斜侵彻试验,获得了不同弹体的弹道特性和结构失效情况。在此基础上,采用有限元软件对弹体斜侵彻过程的弹道特性、动态载荷以及结构响应进行了数值分析。基于空间自由梁理论和弹体动态载荷,给出了侵彻过程中弹体轴力和弯矩的分布规律,建立了弹体结构强度与失效分析方法。结果表明,弹体以正着角水平侵彻多层钢板时,存在一个临界攻角;当攻角小于临界值时,侵彻过程中会出现弹体低头、弹道向下偏转的现象;当攻角大于临界值时,则出现弹体抬头、弹道向上偏转的现象;该临界攻角随着靶板厚度的减小而增大。对于强度高、韧性低的弹体,失效模式为脆性断裂,断裂位置距头部0.72~0.81倍弹长,弹身后部所受横向冲击载荷是造成弹体断裂的主要原因。建立的弹体结构响应模型可准确预测弹体断裂失效及发生位置。此外,在三种截面弹体中,非对称椭圆弹体的断裂位置更接近头部。

基于有限差分的高填减载明洞土拱形态与结构响应的时效性研究

回填场地是短期内重构形成的,与自然场地相比,回填材料等因素对其结构内力影响显著。为了保证高填减载明洞在使用过程中的长期安全性,需要对其进行时效性研究。基于有限差分软件FLAC3D,建立高填减载明洞模型,分析施工完成后,上方土体内部土拱形态发展和结构响应时效性。结果表明:当上方回填土体后期蠕变性能明显时,随着时间流逝,土体内部的土拱会逐渐退化至消失,结构响应也会发生较大变动,而且前期的变化速率较大,中期会逐渐变小,后期将变为零;回填高度和回填材料对高填减载明洞各方面的时效性有较大影响,增加回填高度,土拱形态和结构响应有显著变化,但回填高度的改变并不会影响两者随时间的整体变化趋势;若材料的蠕变性能较弱,随着时间推移,土拱形态会更加明显,而结构响应变化较小。该研究成果可对该类结构的设计及工后安全监测提供参考。

大跨度桥梁桥墩延性抗震结构响应数值仿真

建设于广阔水域或者峡谷要塞的大跨度桥梁具有较为重要的工程地位,对其它桥梁建设存在指导意义,因此研究大跨度桥梁桥墩延性抗震结构响应数值仿真方法,以四川省内某大跨度桥梁工程作为研究对象,运用桥梁分析专门有限元软件Midas Civil构建有限元模型,以其它经影响因素条件不变为前提,分析轴压比、混凝土强度、纵筋强度等差异以及是否使用阻尼器等干扰因素影响下大跨度桥梁桥墩延性抗震结构响应变化情况。经过数值仿真分析结果显示,轴压比低于0.3,混凝土强度和纵筋强度较均衡,同时使用阻尼器,能够保证大跨度桥梁桥墩延性抗震结构响应效果较好。

爆炸冲击下考虑流-固-热耦合效应的核动力装置典型管道结构响应

为研究流-固-热耦合效应对核动力装置中典型管道抗冲击性能的影响,选取稳压器波动管为研究对象,建立其局部简化的三维模型,利用ANSYS Workbench有限元仿真平台并采用时域模拟法分析了爆炸冲击载荷下考虑流-固-热耦合效应时管道的结构动态响应。结果表明:波动管的弯管和三通处都产生了应力集中现象;对比爆炸冲击载荷单独作用下的计算结果发现,考虑流-固-热耦合效性时,最大应力值出现的位置有所变化,部分位置产生的位移振荡峰值更大,说明流-固-热耦合效应对爆炸冲击下管道危险位置的评估会产生影响,同时也能增加抗冲击分析结果的保守性。该研究结果可为爆炸冲击环境下核级管道的抗冲击性能评估提供新的参考。

连续型和阶梯型不均匀沉降作用下建筑结构响应的数值分析

在采矿活动频繁的地区,建筑物不均匀沉降和矿震经常发生。这种现象可归因于采矿活动造成的地基变形和内力的重新分布,这往往导致建筑物结构受到严重破坏。露天矿关闭后边坡的长期变形导致了周围建筑物的不均匀沉降。针对这些问题,本文提出了四种非均匀沉降模型,并分析了不同建筑模型的静动力响应特性。数值模拟结果表明,阶梯沉降框架-剪力墙结构在静力分析中表现出较好的性能,而连续沉降框架结构在安全评价中缺乏足够的支撑。此外,小于3.0M的矿震对附近建筑物的影响可以忽略不计。研究结果可为矿山工业城市建筑沉降和矿山震害分析提供参考。

不同建筑能源地下结构热工性能及结构响应研究

为降低建筑全周期碳排放,地热能与建筑结构相结合的能源地下结构也被广泛研究。对不同形式能源地下结构性能进行了总结,针对常规房建项目的能源结构进行数值模拟,总结了房建项目浅埋深的能源基础形式对地热能利用效果以及结构安全性,得出浅埋深的筏板-下柱墩基础、车库外墙等能源结构的力学性能及热工效率,其中螺旋埋管、水平埋管、地热连续墙在48h运行后热致应力分别可达2.5、3.3、2.3MPa,结构混凝土温度升幅分别为5、5、10℃;同时螺旋埋管相较于水平埋管能源结构的ΔT-σ曲线斜率较小,结构性更为安全。