超高性能混凝土收缩研究进展

收缩是超高性能混凝土(UHPC)早期开裂的主要诱因,主要综述了UHPC收缩的发展规律、测试方法、调控手段及其收缩机理。结果表明:UHPC的收缩主要由自收缩和干燥收缩组成,而自收缩通常占总收缩的78.6%~90.0%,且主要集中在早期,后期收缩基本趋于稳定;热养护和组合养护可促进水泥水化以及掺合料的火山灰反应,改善孔结构,有利于消除后期UHPC收缩应变;毛细管张力理论可以很好地从相对湿度、孔隙结构、自应力、界面结构、水合程度来解释UHPC自收缩机理;当前UHPC收缩的测试方法主要侧重于实验室内,需要开发出一种实际工程应用中UHPC的收缩变形测量技术,实现可长期监测、数据实时传输、开裂的预报预警,对于大型工程UHPC结构的实时养护和工程防裂指导十分重要。

射弹侵彻中的攻角效应

为了研究偏航机理 ,在受力模型简化的基础上利用撞击动力学理论 ,分析射弹撞击异形体后的动力学特性 ,并利用数值模拟技术分析攻角及偏航角对侵彻的影响 .研究表明 :射弹撞击异形体将会产生攻角和偏航角 ,在对均质材料的侵彻过程中 ,由于初始攻角的存在 ,致使射弹在侵彻过程中受到巨大的不对称力作用 ,而使偏航角逐渐加大 ,反映在侵彻路径上 ,表现为侵彻路径呈曲线状 ,有效侵彻深度显著缩小 .

高强高含量钢纤维混凝土抗侵彻性能试验研究

用试验方法研究分析了各种钢纤维含量的高强钢纤维混凝土与素混凝土抗侵彻性能的异同之处。试验结果表明 ,高强高含量钢纤维混凝土与素混凝土相比 ,具有良好的抗侵彻性能。这主要是因为在混凝土中掺加大量钢纤维后 。

分层岩土介质爆炸效应的三维仿真模拟

分层岩土介质的爆炸效应是一个复杂的动力学问题,运用离散元框架内的三维梁–颗粒模型模拟分层岩土介质的爆炸效应。把介质用颗粒单元离散化,在相邻颗粒间添加梁,这样研究对象就成为一个由颗粒单元与梁网络形成的复合结构。梁的作用是使颗粒的集合体具有与初始对象近似的强度性质。用离散元法描述颗粒单元的运动,并通过相邻颗粒间的相对位移计算梁的变形,根据梁的强度准则判别梁是否存在;裂纹的产生及碎块的形成通过梁的消失来体现。然后采用矩阵位移法计算梁的受力,并反作用于对应的颗粒单元上。模拟结果表明,梁–颗粒模型可以克服以连续介质力学为基础的有限元等数值方法对于模拟大变形时的局限性,可以逼真地体现爆炸载荷下裂纹的生成、扩展以及碎块的形成及飞离母体等大运动特征,且模拟结果与试验结果基本一致,该方法可用于爆炸效应数值模拟,是一种有效的手段。

侵彻过载测试信号的数据处理方法

研究了实测侵彻过载数据分析处理方法,提出了对试验弹及测试装置进行模态分析和实测数据频谱分析相结合的方法,选择低通滤波截止频率对测试数据进行滤波,获得相应的刚体过载。用该方法对实测数据进行分析处理得到的刚体过载与柱形空腔膨胀理论(CCET)计算结果吻合较好;对滤波后的刚体过载进行积分得到的弹体侵彻速度和位移与实测结果吻合较好。

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁毁伤判据研究

为研究钢筋混凝土梁在爆炸波作用下的毁伤判据,对两种尺寸的钢筋混凝土梁在缩比条件下进行了不同爆炸距离作用和装药量下的试验研究。试验中以高层和框架结构中最常见的两种梁为研究对象,通过11次独立的爆炸试验,观测了钢筋混凝土梁在不同装药量下的破坏模式和破坏特征。研究结果表明:钢筋混凝土梁在近区爆炸荷载作用下,在同一爆高下,随着装药量的增加,梁的破坏程度逐渐增加,破坏模式由迎爆面中心两侧少量混凝土脱落和背爆面少量断裂裂纹逐渐增加为迎爆面倒三角锥形式混凝土压碎弯曲破坏,背爆面出现三角锥裂纹和背爆面少量混凝土脱落破坏,最终迎爆面和背爆面三角锥破坏区域贯通形成中心区域压碎崩塌弯曲破坏;崩塌区域的尺寸随着装药量增加而逐渐增加。近区爆炸(以爆距0.5 m为例)作用下,试验钢筋混凝土梁的毁伤判据为:当比例爆高Z>0.4 m/kg1/3时,梁遭受到轻微破坏;当比例爆高0.3 m/kg1/3<Z<0.4 m/kg1/3时,梁遭受到中等破坏;当比例爆高0.28 m/kg1/3<Z<0.3 m/kg1/3时,混凝土梁遭受重度破坏;当比例爆高Z<0.28 m/kg1/3,梁遭受严重破坏。在近区爆炸作用下,钢筋混凝土梁的破坏不仅依赖于爆炸比例距离,还与爆高有关,同一比例距离下爆高越大,梁试件的破坏越严重。研究结果可为工程应用及毁伤评估提供参考。

弹体侵彻岩体效应试验与理论研究

研究弹体在现场岩体中的侵彻效应对地下防护工程建设和武器战斗部设计都具有重要的现实意义,对弹体过载特性研究,不仅对钻地武器战斗部设计尤为重要,而且对全面认识侵彻过程中弹体的运动规律和与岩体的相互作用规律都有很大帮助。为了研究弹体侵彻岩体过程中的过载特性,开展了φ100 mm和φ300 mm弹的侵彻岩体试验,试验中测量得到的弹体过载曲线表明,在侵彻岩体过程中,弹体过载可以分为3个阶段:过载迅速增大阶段、过载稳定并缓慢减小阶段和过载迅速减小阶段。弹体侵彻岩体过程中在侵彻深度达到4倍的弹体半径时,受到的过载最大;弹体在侵彻过程中由于受到应力波的作用,弹体头部处的岩体受到损伤使其阻滞弹体侵彻的能力下降。根据所获得的试验结果并结合国外试验数据,提出一个新的岩体侵彻深度计算公式。计算结果表明,在一定范围内该公式的计算精度不低于著名的Young公式。针对试验结果,采用数值计算方法进行了模拟,计算结果与试验结果基本一致。

不同爆炸距离下单向支撑方形钢筋混凝土板破坏模式数值模拟研究

为研究方形钢筋混凝土板在爆炸波作用下的破坏模式和抗爆性能,在不同爆炸距离作用和装药量下对典型单向支撑方形钢筋混凝土板进行了数值模拟分析。用AUTODYN软件和流固耦合算法建立混凝土和钢筋三维分离式实体模型,对实验过程进行数值模拟分析,并考虑应变率对钢筋和混凝土材料的动态本构特性的影响。在此基础上,分析了不同装药量下对钢筋混凝土板的损伤和破坏特征。计算结果揭示了钢筋混凝土板从混凝土开裂、底部层裂碎片形成、钢筋屈服到混凝土板局部震塌的动态演变过程。研究结果表明,在近爆非均布爆炸荷载作用下钢筋混凝土板易发生局部冲切破坏,在远距离均匀爆炸冲击波作用下易发生整体弯曲破坏和支座剪切破坏。

建筑物内爆泄压口冲击波参数工程算法研究

建筑物内部爆炸泄压口冲击波参数的确定对于建筑物结构毁伤评估具有重要的作用,一旦泄压口冲击波参数确定以后,即可利用相应毁伤判据快速评估泄压口附近结构和设备的毁伤程度。由于内部爆炸波是初始爆炸波经过建筑物内壁面多次反射叠加作用的结果,在泄压口会形成不同于自由场的冲击波,目前还未有泄压口冲击波参数成熟的快速工程算法。为了分析泄压口冲击波参数、总结相应快速经验工程算法,在量纲分析的基础上,提出影响泄压口冲击波峰值压力和冲量相关的无量纲参数。然后利用首先利用AUTODYN软件数值仿真研究了特定当量内爆炸作用下冲击波形成的过程,分析了泄压口部冲击波压力波形,并研究了泄压口的冲击波峰参数与不同结构参数之间的关系,最后在大量数值计算的基础上总结了泄压口的冲击波参数的经验公式,为建筑物内爆毁伤评估奠定基础。

有限厚块石砌体钢筋混凝土结构板抗贯穿性能的实验研究

用花岗岩和混凝土制备出了花岗岩板、钢丝网混凝土板、花岗岩与钢丝网混凝土组合板、花岗岩块石砌体钢筋混凝土结构板4种类型的有限厚靶板。采用口径为30mm的火炮作为发射装置,利用形状相同、材料强度不同的2种弹体对上述靶板进行了侵彻贯穿实验,比较了各类靶板抗侵彻贯穿破坏现象。结果表明,设计良好的块石砌体钢筋混凝土结构板具有优良的抗贯穿性能,且其抗贯穿性能与块石粒径、块石强度、块石砌筑方式、粘结强度和钢筋混凝土结构形式密切相关。

弹丸在多层复合介质中的爆炸破坏效应研究

根据实验得到的运动弹丸在多层复合介质中不同深度爆炸时产生的弹坑形状、体积及破坏面积,对破坏效应进行了理论分析,建立了弹丸在多层复合介质中的爆炸破坏分区;考虑主要影响破坏效果因素条件下应用量纲分析方法,并结合实验数据得到了破坏参数与比炸深的无量纲关系式和关系曲线,由这些曲线能够方便地查找所需最佳破坏效果对应的比炸深,在相同条件下,该结果可推广到类似目标的爆炸破坏效应分析。

爆炸波与物体干扰流场的数值模拟

本文构造一类新型的计算效率较高的ENO差分格式。利用该格式从非定常Euler方程出发 ,对爆炸波扫过物体时形成的二维和三维干扰流场进行了数值模拟 。

半穿甲弹丸在复合靶中爆炸破坏效应的实验研究

实验测试了半穿甲弹丸在混凝土面层和沥青混凝土面层的多层复合靶中的爆炸深度及爆炸后形成的弹坑面积和体积;对多层复合靶中弹坑的形成机理和复合介质的爆炸破坏机理进行了探讨。结果表明,弹丸在混凝土面层的多层复合靶中爆炸后,其混凝土面层上先出现径向裂纹,后出现环向裂纹,环向裂纹与径向裂纹贯穿形成破碎区,并且径向裂纹的范围更大;混凝土面层靶的炸深比沥青混凝土面层靶的炸深浅,在药量相同情况下,沥青混凝土面层复合靶中爆炸形成最大弹坑体积和弹坑截面积均比混凝土面层复合靶中的大。

驱动管中柱状装药爆轰过程的数值模拟

数值模拟了爆炸驱动管中柱状装药内爆轰波的传播过程。计算采用欧拉型有限体积方法,炸药及爆轰产物均采用JWL状态方程,空气采用理想气体状态方程,采用"点火-生长"模型计算化学反应速率。计算得到了驱动管内波系结构的发展过程,爆速与经验公式符合得较好。计算表明,驱动管侧壁的压力峰值在800MPa以上,而在管底中心处,由于激波的汇聚,压力峰值高达12.4GPa。

成层式结构泡沫空心球分配层抗爆性能试验研究

分别采用黄沙和泡沫空心球为分配层制作不同的成层式工程结构模型,通过大比尺集团装药标准试验、对比试验和二次爆炸试验,考察了采用泡沫空心球作分配层时成层式结构的抗爆性能。试验结果表明,在相同的爆炸荷载作用下,分配层采用泡沫空心球时,成层式结构的防护层破坏比采用黄沙作分配层时严重,但分配层下方相同位置的压力前者远小于后者;相比传统成层式结构,新型成层式结构具有更好的防护效果。

基于一种尾矿制备高强混凝土用复合掺合料的试验研究

以矿粉、粉煤灰、尾矿微粉为主要粉体材料,通过对矿粉、尾矿微粉进行研磨,且对尾矿微粉采用SEM电镜扫描方法进行微观形貌分析,研究不同比表面积的矿粉、尾矿微粉的胶砂性能及与混凝土外加剂的相容性。根据试验结果,结合各粉体材料独特效应,以尾矿微粉占比为50%固定值,与其他粉体材料按照一定比例进行复配,研发一种高强混凝土用复合掺合料,并以此为基础改善其性能,自主研发一种以高活性、高流变、降粘为特点的易流型高强混凝土用复合掺合料。研究表明:与目前市场销售的一种成品超细复合料相比,易流型高强混凝土用复合掺合料7d和28d活性指数分别提高7%和3%,流动度比提高4%,更能满足高强混凝土强度和工作性的需求;易流型高强混凝土用复合掺合料和成品超细复合掺合料在C70、C80、C90高强混凝土中进行比对,易流型制备的高强混凝土具有良好的和易性,其倒置坍落度筒排空时间明显降低,证明混凝土粘聚性明显改善,混凝土施工性能也得到了提升。

弹丸侵彻混凝土和钢筋混凝土的实验

实验用100 mm反坦克滑膛炮分别对混凝土靶和钢筋混凝土靶进行了射击,直径100 mm,长666 mm的卵形头部弹丸内部固定有一套加速度记录仪,以便测试并记录侵彻混凝土和钢筋混凝土过程中弹丸的加速度时程关系.研究发现侵彻混凝土和钢筋混凝土过程弹丸的加速度时程曲线可按其本身的规律划分为3个部分,各个部分代表了弹丸与靶体作用的不同阶段.侵彻混凝土和钢筋混凝土过程中弹丸的加速度规律基本相同,但加入钢筋后靶板的结构更加复杂,使得侵彻过程中弹丸的加速度震荡更加剧烈.侵彻深度和靶板局部破坏实验结果表明,钢筋混凝土比混凝土抗侵彻能力强,有较强抗二次打击的能力.

侵彻钢筋混凝土过程中弹丸过载特性的实验研究

实验测试了侵彻钢筋混凝土过程中弹丸的过载情况,得到侵彻过程中弹丸的加速度时程曲线。通过将实验测得的加速度时程曲线按其本身的特点划分成四个部分,每个部分代表弹丸与钢筋混凝土作用的不同阶段,分析了不同阶段弹丸与钢筋混凝土相互作用的特点。实验结果表明,含筋率为2%的钢筋混凝土靶板的抗侵彻能力明显高于含筋率为1%的钢筋混凝土靶板。研究结果为理论模型的建立打下了基础,也可为相关弹药和防护工程的优化设计提供参考。

卵形头部弹丸侵彻钢筋混凝土的工程解析模型

在球形空腔膨胀模型的基础上,将钢筋混凝土中的钢筋网结构所在混凝土等效为高强混凝土层,其余部分按素混凝土层处理,得到了计算卵形头部弹丸侵彻钢筋混凝土的分层工程分析模型。用分层分析模型计算了最终侵彻深度,侵彻过程中弹丸的位移时程曲线,速度时程曲线和加速度时程曲线。将计算结果与实验数据和按球形空腔膨胀模型计算结果对比分析,结果表明分层分析模型能够较真实的反映弹丸侵彻钢筋混凝土过程中的运动状态。

弹丸侵彻钢筋混凝土的工程解析模型

既考虑了弹丸侵彻过程中受到的动阻力与静阻力,又考虑了弹丸与钢筋发生碰撞时钢筋对弹丸的直接阻力,提出了弹丸侵彻钢筋混凝土的工程解析模型。不同初速下弹丸的侵彻深度、侵彻过程中弹丸的位移、速度和负加速度时间历程的计算结果与测试数据符合很好,弹丸过载在12000g^15000g之间。该解析模型能够较真实的描述弹丸侵彻钢筋混凝土过程中的运动状态,并且该模型能够分析配筋结构、配筋尺寸、网眼尺寸对侵彻深度和侵彻过程的影响。