均匀自由场中球形TNT装药爆炸数值计算分析

为更加精确地描述宽范围内均匀自由场中球形装药爆炸过程的特性,采用球形非等温爆炸模型,考虑装药爆炸近区高温高压条件下真实空气的特殊性质,引入真实空气量纲一拟合状态方程和JWL爆轰产物状态方程,建立拉格朗日球形坐标系下完备的量纲一流体动力学方程组;采用对点源强爆炸自模拟数值解的结果进行样条插值作为初始条件,将人工黏性法与激波装配法相结合,采用显式中心差分格式进行数值求解。通过算例计算,得到冲击波不同时刻的波形曲线和主激波峰值超压衰减曲线,通过拟合得到宽范围内的主激波峰值超压计算公式,计算值与有关文献以及实验较为吻合,验证了公式的准确性。结果表明,采用真实空气状态方程得到的结果适用于描述装药空中爆炸近区和远区流场特性。

爆炸荷载作用下卸荷孔效应理论分析与数值模拟

坑道工程在战争中具有十分重要的作用,但又容易遭受炮弹打击。为增加坑道口部的防护能力,利用波的基本理论和耗能原理,分析了波在岩石和空气介质间界面的反射、透射等传播特性、岩石变形及岩体摩擦耗能原理,得出岩石介质中孔洞有利于爆炸荷载的损耗,起到卸荷的作用,并利用有限元分析软件ANSYS—LS-DYNA,对A、B和C 3种不同情况的6种工况进行数值模拟,通过模拟结果与理论分析结果的比对,进一步验证卸荷孔的卸荷效应,为坑道工程防护设计提出了一个新的途径。

基于一体化空间分层模型的地下空间权属探讨

随着经济社会的不断进步,城市正在进入立体化发展阶段,地下空间的开发利用逐渐兴起;由于我国地下空间的开发利用时间不长,在立法上还存在空缺,导致地下空间开发权属不明、管理无序的问题较为突出;分析了国内外"基于地皮"的地上空间所有权历史演变过程,以及由此引发的地下空间开发中面临的权属法律困境;根据地下空间发展现状及趋势,建立了"一体化空间分层模型",提出了"基于空间"的权属划定方法;阐述了地下空间的资源属性、价值属性,对地下空间的权属及地下空间的管理提出了作者的观点,为今后我国地下空间的开发利用提供参考。

改进的库尔曼图解法在折线坡土压力计算中的应用

为简化折线形土坡的库尔曼图解法,在王奎华直线形土坡简化方法的基础上,以挡土墙后二折线、三折线土坡为分析模型,以库伦土压力理论为基础,根据几何三角形与力矢三角形相似的关系对折线坡的库尔曼图解法进行了改进,提出了一种新的土压力图解法。和原库尔曼图解法相比,改进后的方法无需计算滑动土体的自重和逐一按比例尺量取线段表示滑动土体自重,计算量小,作图简便,所得结果更加精确。

高速列车暴露症候及伪装防护对策

特种高速列车是战时战略力量投送的主力,其安全性对战争进程有重大影响。针对复杂电磁环境下高速列车各个波段的暴露症候进行了分析,提出了利用双波段增透膜实现玻璃伪装的方法,设计完成了以铁道为背景的高速列车数码迷彩,并提供了车身蒙皮专用双波段隐身涂料。

刚性弹侵彻混凝土的内摩擦模型分析

为了建立反映侵彻近区材料变形与破坏特性的侵彻深度工程计算模型,基于地质类材料侵彻近区局部变形与破坏特点,在破碎区考虑介质的可压缩性和不可逆变形,在弹性区和裂纹区采用不可压缩介质描述。基于空腔膨胀理论构建了破碎区的运动学关系,利用裂纹失稳扩展的极值条件建立了混凝土侵彻阻抗的确定方法,得到了能够准确表征近区应变场与速度场的状态表达式,建立了锥形刚性弹对混凝土靶体的侵彻深度计算公式。通过算例计算,得到了不同工况下的计算结果且与试验结果吻合较好,验证了公式的正确性,说明所建模型可用于内摩擦型地质类材料的侵彻工程计算。

空中点源爆炸波阵面参数的误差控制求解方法

球对称装药强爆炸自模拟解常被用于给出空中爆炸的初始波阵面参数,参数的精度影响后续工程及装备抗冲击毁伤评估的可靠性。为提高空中点源爆炸波阵面参数的计算精度,引入自适应步长的Runge-Kutta法替代之前常被采用的固定步长四阶Runge-Kutta法,将空中强爆炸自模拟的求解精度提升到五阶,实现了计算精度人为调控。用Matlab工具对改进的算法进行数值实现,对空气中球面对称装药强爆炸自模拟过程进行求解。对比原有算法、改进算法和参考值认为改进的算法能够在保证一定效率的前提下控制计算误差在指定范围内。本研究可为空中爆炸荷载的高精度求解提供理论基础与数据支撑。

珊瑚混凝土的抗冲击性能数值模拟研究

为探究纤维、水胶和砂胶配比对珊瑚混凝土抗冲击性能的影响,采用LS-DYNA软件对高性能珊瑚混凝土的冲击响应过程进行了数值模拟研究,着重探讨了不同应变率下纤维掺量、砂胶比和水胶比对珊瑚混凝土破碎形态、抗压强度、弹性模量及韧性的影响规律。模拟结果表明:①纤维掺量的增加能显著提高珊瑚混凝土的抗压强度,特别是在高加载速度下,其增强效果尤为明显,当纤维掺量从0.6%增加至1.2%时,在20 m/s的加载速度下,DIF-f c增长约22.2%。而纤维掺量对弹性模量和韧性的影响与应变率强相关。在较低加载速度下(v≤14 m/s),纤维掺量的增加会降低弹性模量和韧性;在较高加载速度下(v≥16 m/s),纤维掺量的增加会提高弹性模量和韧性。②砂胶比含量的增加能显著提高珊瑚混凝土的抗压强度,然而会降低珊瑚混凝土的弹性模量,当砂胶比从0.8增加至1.0时,DIF-f c整体增加了约0.2,DIF-E整体降低了约0.05。③水胶比含量的增加会提高珊瑚混凝土的弹性模量,当水胶比从0.22增加到0.25时,DIF-E整体增加了约0.1。水胶比对抗压强度和韧性的影响与应变率强相关。在较低加载速度下(约小于13 m/s),水胶比含量的增加会提高珊瑚混凝土的抗压强度和韧性;在较高加载速度下(约大于13 m/s),水胶比的增加会降低抗压强度和韧性。

南京地铁二号线基坑工程风险分析与控制

介绍了南京地铁二号线的工程基本情况,针对工程实际,在风险管理策略指导下,对工程施工风险进行了分析评价,并制定了施工风险管理控制措施,对于地铁建设的风险评估和控制具有一定的指导意义。

爆炸冲击波超压加载伪随机网壳的分布规律研究

采用缩比模型爆炸试验与数值仿真相结合的方法,开展了爆炸冲击波超压加载伪随机网壳的分布规律研究。首先,选取具有代表性的某伪随机140面体网壳结构,开展了缩比模型爆炸试验,获得了表面特征测点的冲击波超压数据;之后,对比分析了试验与仿真结果的误差及原因,以试验数据为基础,建立了爆炸冲击波与某伪随机140面体网壳结构相互作用的数值仿真模型,并对空中爆炸和地面爆炸的3种不同距离共6种工况下,网壳结构的特征表面超压作用过程进行了计算和分析,拓展了试验结果;最后,对伪随机网壳表面冲击波超压分布规律进行了研究,并提出了增强网壳结构安全性的防护措施,为伪随机网壳结构抗冲击安全设计提供了参考。结果表明:与传统对称网壳结构相比,伪随机网壳在超压峰值分布规律和作用机制等方面都更为复杂,受到结构伪随机特性的影响,在相似位置表面,超压峰值也有明显差异;网壳迎爆面底部和中部超压峰值与其他部位相比,一般较高;在网壳外一定距离构筑防爆墙和加固网壳中部及底部节点的方法,可提升伪随机网壳结构的抗冲击安全性。

真实空气中TNT装药爆炸近区冲击波传播特性研究

本文基于点源爆炸理论,建立了面源、线源和点源TNT装药强爆炸解,填补了面源与线源强爆炸解的空白;采用真实空气状态方程进行分析计算,研究了真实空气条件下球形TNT装药爆炸近区冲击波的传播特性。通过算例分析,计算结果与已有文献资料数据吻合较好。本文的研究成果对爆炸力学和防护工程研究起到了重要的参考作用。

螺纹结构精确有限元建模及有效性分析

由于螺纹复杂的几何结构,在对螺纹部件进行有限元分析时,螺纹部件的内外螺纹面往往难以啮合,常造成螺纹结构有限元建模困难、模型数值计算收敛性差等问题。本文基于垂直于螺纹轴线的任意横截面几何形状相同的事实,选取国际标准化组织(International Organization for Standardization,ISO)制定的标准螺旋线公式,采用3维8节点单元,精确建立了螺纹连接件有限元模型。该模型不仅考虑了螺纹螺旋升角对模型的影响,且模型中组成每个节距的单元层排列整齐,每层单元上的节点编号分布有序,内外螺纹面上的节点相互贴近。这些特质使得模型能够准确映射工程中螺纹连接结构的力学特性,优化模型数值计算收敛性,便于对模型数值计算结果开展力学剖面分析。为验证本文螺纹连接结构有限元建模方案的有效性,首先,在理论分析方面对螺纹连接结构中拧紧转角与轴向力的关系和螺纹连接结构中轴向力的分布进行了计算推导,并以M12标准螺栓为例,计算其轴向力分布。然后,通过数值模拟的方法先后验证了该螺纹连接结构拧紧转角和轴向力关系与理论分析结果的一致性、M12螺栓的轴向力分布与理论计算结果的一致性、螺纹齿根处应力集中系数状态与实验结果的一致性,以及应力分布和塑性应变分布与实际工程测量的一致性。基于螺纹连接结构有限元模型生成的方案开发了一款螺栓螺母有限元参数化建模软件,软件可根据输入的螺纹直径、节距数量等参数快捷地查看和生成不同型号的螺栓螺母3维有限元模型;在工程分析和优化设计中,使用该软件既避免了设计人员繁琐的重复劳动,又提高了设计精度和工作效率,能更好地满足实际工程需要。

空气中TNT装药强爆炸近区流场数值研究

基于装药爆炸特性,采用理论和数值方法建立不同对称面装药强爆炸自模拟解控制方程组,数值求解得到三种不同几何对称面的强爆炸自模拟数值流场特征值,可为爆炸流场的整体计算提供输入条件。

基于工程定制化的伪装吸波材料设计研究

为实现工程目标与不同背景融合要求,开展针对环境变化的吸波材料定制化设计方法及涂层配方研究。根据传输线理论,通过设置多变量参数,编制了基于衰减量可调的改进遗传算法设计程序,对比实测与模拟值结果,验证了该方法的可行性;在分析电磁参数对吸收峰影响规律基础上,研究提出了采用磁改性填料对反射率曲线定向调节的方法。结果表明,优化的涂层配方实现了在Ka波段的宽频吸收,亦降低了目标与背景的辐射温差对比,满足了涂覆目标在主被、动探测下兼容的要求,可用于工程目标的防雷达伪装。

可燃气体爆炸极限的理论预测方法研究

可燃气体爆炸是现代公共安全事故中十分突出的现实问题。针对可燃气体爆炸过程规律复杂,爆炸极限条件难以准确预测的问题,基于爆炸极限理论与计算机神经网络算法,以氢气为研究对象,对氢气-氧气混合系统反应速率方程进行数值特征分析,建立相应的特征极限矩阵值,给出了爆炸极限预测条件,并借助深度计算机学习方法,通过不同混合比函数形式,利用有效的算法模型,对获取的爆炸数据进行分析,不断内推和外推爆炸极限曲线,拓展爆炸极限带宽,得到相应的预测结果与期望值吻合很好,可为军事工程和民用工程中的爆炸风险等级评估提供更好的预测方案。

扭转荷载下螺旋形螺纹连接件的IWAN改进模型

建立了螺旋形螺纹三维有限元模型,通过螺纹表面应力分布等数值计算验证模型方案的有效性,并对扭转载荷下螺纹结构的力学特性开展数值研究。结果表明:螺纹结构在加、卸载阶段均经历了黏着、部分滑移和宏观滑移3种状态;在拧紧过程的宏观滑移阶段由于轴向力增大,扭矩呈上升趋势,在拧松过程中由于轴向力减小,扭矩呈下降趋势。在螺纹结构有限元计算结果的基础上,针对扭转载荷作用下带升角的三维螺纹结构,通过增添宏观滑移时的残余刚度和扭矩整体修正量,建立了修正的IWAN模型。计算结果表明:修正的IWAN模型能较准确地重现有限元模拟结果中扭矩与转角的关系,且3个Jenkins单元模型组成的修正IWAN模型即可足够精确地还原有限元模拟得到的耗散能。

爆炸冲击波对伪随机网壳结构作用的超压分布研究

采用AUTODYN软件,建立了爆炸冲击波与某140面体伪随机网壳结构相互作用的数值仿真模型,并对空中爆炸和地面爆炸的3种不同距离共6种工况下,网壳结构的特征表面超压作用过程进行了计算和分析。结果表明:与传统对称网壳结构相比,伪随机网壳在超压峰值分布规律和作用机制等方面都更为复杂,受到结构伪随机特性的影响,在相似位置表面,超压峰值也有明显差异;网壳底部迎爆面超压峰值与其他部位的相比,一般较高,而空爆条件下,超压峰值最大位置则可能转至网壳中部区域,网壳顶部和背面超压峰值相比其他部位的都较小;在网壳外架设防爆墙和加固网壳中部及底部结构,可提升伪随机网壳结构对冲击波的防护能力。