截面短长轴比对椭圆钢管混凝土柱抗爆性能影响

目的 研究椭圆钢管混凝土柱抗爆性能,分析截面短长轴比对其抗爆性能的影响。方法 利用LS-DYNA有限元软件建立TNT炸药-空气-椭圆钢管混凝土柱-刚性地面整体三维实体有限元模型,分别从短轴和长轴两个方向进行起爆设置,探究椭圆钢管混凝土柱受爆炸荷载作用后冲击波传递特性。结果 与双向刚度相同的柱子相比,椭圆钢管混凝土柱抗爆冲击波反射、衍射作用更为复杂;椭圆钢管混凝土柱沿长轴迎爆的抗爆性能明显优于沿短轴方向;绘制短长轴比-柱中侧向位移曲线,根据短轴方向与长轴方向抗爆性能差异,提出了设计宜采用的短长轴比为0.6~1.0;沿短轴向施加爆炸荷载时,短长轴比设计值不应小于0.4。结论 得出了不同短长轴比下构件破坏形态,进一步提出了采用短长轴比0.4~0.6内的椭圆钢管混凝土柱时,应采取加固措施。

基于压电传感器的混凝土损伤检测数值模拟

该文基于ABAQUS有限元软件建立了压电陶瓷材料与混凝土的机-电多物理场耦合数值分析模型,对压电波动法检测混凝土裂缝和弹性模量测定进行数值模拟,探究其损伤识别的机理。采用C3D8E压电单元模拟压电陶瓷(PZT),采用C3D8R单元模拟混凝土梁,采用三维时域粘弹性人工边界消除边界对应力波的反射。模拟结果表明,嵌入式PZT片激发的应力波包括纵波和剪切波,其中剪切波的幅值比纵波大,传播速度比纵波慢。以信号相对能量(D_i)作为损伤程度判别因子,其值随着裂缝的深度增加而降低。将数值模拟计算的D_i和混凝土的动弹性模量(E_d)与试验结果进行对比,符合较好,说明有限元方法可以有效地解决该类问题。

高温和爆炸荷载作用下轻钢柱破坏影响因素分析

目的研究高温和爆炸荷载作用下轻钢柱破坏影响的主要因素,为进一步建立轻钢柱在高温和爆炸荷载作用下损伤评估方法奠定基础.方法通过有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行非线性有限元分析,采用EUROCODE3推荐的不同温度下钢材本构关系,考虑应变率效应及Cowper-Symonds准则,建立轻钢柱的本构模型.结果高温下发生爆炸时轻钢柱破坏要比常温下严重得多,且温度越高影响越大,温度θ>400℃时,轻钢柱失效;相同支座形式下,"比例距离"越小,轻钢柱破坏越严重;支座形式不同轻钢柱破坏模式亦不同.结论典型的破坏包括,两端固接轻钢柱破坏形式为直剪破坏;柱底端固接柱顶端铰接时轻钢柱破坏模式为弯剪破坏;两端铰接时轻钢柱破坏形式为跨中受弯破坏.

基于压电主动传感技术的高温后PVA-ECC梁冲击损伤监测研究

研究了低速冲击荷载作用下具有高温损伤的聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)梁的损伤特征,对比分析不同温度损伤与室温下的PVA-ECC梁,在同一跌落高度和落锤质量上进行了一系列的落锤低速冲击试验,模拟冲击能量对梁的影响结果。采用压电陶瓷智能骨料传感器的主动监测方法和扫频波信号,监测落锤低速冲击作用下PVA-ECC梁的裂纹产生、发展、断裂全过程与波衰减的规律。基于小波包能量法分析重复冲击试验下的PVA-ECC梁裂缝发展演化。建立了PVA-ECC梁三维有限元模型,通过有限元分析得出300℃高温加热后的PVA-ECC梁低速冲击裂纹开展全过程,并与实测结果进行对比。结果表明:高温损伤造成PVA-ECC梁的抗冲击性能减弱;室温下的PVA-ECC梁有一定抗冲击能力,但当温度达到PVA纤维的熔点(230℃)时,PVA-ECC梁中的PVA纤维消失,产生孔隙,形成素水泥砂浆梁,不具有抗冲击能力;高温损伤造成PVA-ECC丧失了高强度、韧性、耐疲劳的能力特性。

基于阵列布置PZT的钢筒混凝土管道损伤监测与评估数值模拟

目的研究基于阵列式PZT传感系统的超声导波在钢筒混凝土管道传播机理,并进行损伤监测与评估。方法利用ABAQUS有限元软件建立了阵列式PZT与不同损伤程度的钢筒混凝土管道的机-电耦合有限元模型,对压电波动法钢筒混凝土管道裂缝损伤监测进行数值模拟。结果提出损伤指数,建立损伤程度和损伤指数之间的关系式;钢筒混凝土管道无损伤时接收的压电信号幅值最高;随着损伤裂缝增大,信号在裂缝处的损耗越大;引入基于能量法的结构损伤指数,将损伤指数与结构的损伤程度大小相互对照起来。提出一种基于损伤指数的评估等级,即无损伤、轻微损伤、中等损伤、严重破坏可更换管道和严重破坏无法使用。结论提出更换钢筒混凝土管道结构的建议损伤指数,可以显著地减少因管道泄漏造成地面塌陷等事故的发生。

保护层材料对智能骨料性能影响的试验研究

研究了不同保护层材料(大理石、水泥砂浆、环氧树脂)在智能骨料制作过程中对电阻、电容性能的影响,以及对由不同保护层材料的智能骨料构成的智能监测系统的性能进行了对比,考察了信号幅值和线性灵敏度两个指标。结果表明,大理石保护层和环氧树脂保护层对智能骨料中压电陶瓷片(PZT)的电阻值无影响,而水泥砂浆保护层对PZT片的电阻值影响较明显,在水泥砂浆潮湿的情况下电阻值较小,干燥情况下电阻值较大;保护层材料对智能骨料的电容值影响较大,其中水泥砂浆保护层导致PZT片的电容值变化量约为18%~27%,大理石保护层导致PZT片的电容值变化量约为18%~22%,环氧树脂保护层导致PZT片的电容值变化量约为17%~20%。由大理石保护层智能骨料构成的智能监测系统其信号幅值和灵敏度最高,其次是水泥砂浆,最后是环氧树脂。根据试验结果大理石比较适合用作智能骨料的保护层材料。

基于PZT-SLDV测试系统的纤维复合板损伤识别研究

为对纤维复合板损伤识别进行研究,采用PZT-SLDV模态测试系统,以存在凹痕损伤四边固定约束的纤维复合板为例,对纤维复合板的损伤检测进行试验和数值模拟研究。通过表面黏贴压电陶瓷(PZT)片对纤维复合板进行激励,再利用SLDV测得其各阶位移模态,并应用中央差分法计算曲率模态进行纤维复合板的损伤识别;最后,利用ABAQUS有限元分析软件,建立含损伤的四边固定约束纤维复合板有限元模型,并对建立的有限元模型进行模态分析。研究结果表明:采用PZT-SLDV测试系统可以有效识别纤维复合板的凹痕损伤;对于频率越高的模态,采用曲率模态的方法识别损伤效果越明显;试验与数值模拟在四边固定约束边界各阶振型的吻合度较高,验证有限元计算模型的正确性。

建筑结构抗爆设防性能目标研究

近年来建筑结构的爆炸事件频繁发生,而我国目前还没有统一的建筑结构抗爆设防目标。基于安全性风险评估理论,利用爆炸风险平均发生概率和爆炸风险破坏程度的等级划分,确定爆炸风险的平均影响程度。结合我国《建筑结构可靠度设计统一标准》和实际爆炸事件的特点,提出基于建筑结构重要性的抗爆设防等级分类方法,从而确定抗爆安全等级。根据我国国情综合考虑建筑结构抗爆安全等级和爆炸超压强度等级,确定不同类型建筑结构的抗爆设防指标。建立了以建筑结构设防目标作为工程抗爆设计的基础原则,通过对以往爆炸事件的统计分析,确定不同爆炸超压荷载对人员伤亡和建筑结构损伤程度的设防目标,为建筑结构抗爆设防指标提供一种新的方法。

爆炸荷载作用下型钢混凝土柱的动力响应影响因素分析

目的数值模拟爆炸荷载作用下型钢混凝土柱损伤破坏,分析凝土等级、型钢截面形式、纵筋配筋率、柱高等因素对型钢混凝土柱在爆炸荷载作用下动态响应的影响规律.方法采用有限元显示动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立型钢混凝土柱的三维有限元模型,在进行型钢混凝土柱的动态响应分析时,对型钢混凝土柱各材料间共线共结点方式建模,并考虑型钢与混凝土之间的摩擦接触.通过比较相同荷载幅值条件下,爆炸与静力作用下的应力分布的异同来说明爆炸作用下应力的分布特点.结果提高型钢强度和纵向受力钢筋配筋率对型钢混凝土柱抗爆性能的提高并没有显著效果;相同最大荷载值的静载与爆炸荷载两种情况下,爆炸荷载下的破坏能力较强,破坏程度较大.结论采用高强度混凝土,选用截面惯性矩较大的型钢,以及选用截面和高度尺寸适宜的型钢混凝土柱有利于提高型钢混凝土柱的抗爆性能;细长柱的抗爆性能较弱,实际工程中尽量避免选用.

基于二维离散小波变换的混凝土板损伤识别数值模拟分析

目的 提出一种基于二维离散小波变换的混凝土板单点冲击损伤、裂缝损伤识别方法,用于混凝土板单点冲击损伤和裂缝损伤识定位。方法 采用有限元软件ABAQUS建立四边固定约束条件的混凝土板的三维实体有限元模型,考虑单点冲击损伤、水平带状裂缝和垂直带状裂缝的组合损伤模式,并基于刚度损失建立损伤因子,获取不同损伤模式的混凝土板的振动模态;分别考虑四种工况下混凝土板的位移模态,采用二维离散小波变换分析方法将位移模态进行变换。结果 二维离散小波变换能够识别出单点冲击损伤位置;当带状裂缝损伤处的损伤因子为0.1时,二维离散小波变换能够识别出健康板与损伤板交接位置;对于损伤中心处,则损伤识别能力有所降低,而对于带状裂缝损伤的损伤因子较大时就不会出现这种情况。结论 二维离散小波变换能对混凝土板进行单点冲击损伤、裂缝损伤识别与定位,且损伤识别敏感性较高。

工程爆破地震动的研究

简述了爆破地震与天然地震的区别,研究了爆破地震动的衰减规律,探讨了爆破地震动震动强度的影响因素,阐述了工程爆破地震中的措施,以达到保障安全的目的,对从事爆破工程的人员有一定的参考作用。

PVA-ECC-钢筋复合梁抗冲击的影响因素及破坏特性研究

目的研究PVA-ECC-钢筋复合梁抗单、多次冲击性能的影响因素。方法利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立PVA-ECC-钢筋复合梁的有限元实体模型,综合考虑梁的配筋参数、冲击速度、梁的跨度和截面尺寸对PVA-ECC-钢筋复合梁抗冲击性能的影响。结果PVA-ECC-钢筋复合梁受冲击作用下因配筋因素导致的影响在最开始时较不明显,在后续的冲击过程中有明显影响,且梁中纵筋配筋率越高,梁跨中部的位移就越小;梁跨长度的不同对PVA-ECC钢筋复合梁受冲击作用后的起初仅有较小的影响,但对受冲击作用后的中后期有显著作用效果,且梁跨中部位移随着梁跨长度的减小,冲击体速度越大;PVA-ECC-钢筋复合梁的局部受破坏越明显,梁跨中部位出现的耗能区域越大;梁截面尺寸对PVA-ECC-钢筋复合梁受冲击作用后的跨中位移变化略有影响,跨中位移值随着截面形状短边长度的增加而减少。结论随着冲击次数的增加,PVA-ECC-钢筋复合梁跨中应力不断增大,随冲击次数增加而逐渐扩散至整个跨中部位;由于PVA纤维的耗能能力和桥接作用,PVA-ECC-钢筋复合梁在受冲击后可通过发展多条细密小裂缝来耗散能量,可抵抗多次冲击,从而提升建筑结构的安全性。

冲击作用下PVA-ECC-钢筋复合梁的损伤破坏数值模拟分析

目的数值模拟单次冲击和多次冲击作用下的PVA-ECC-钢筋复合梁损伤破坏程度,对比分析素混凝土梁、普通钢筋混凝土梁和PVA-ECC-钢筋复合梁单次和多次冲击作用的动态响应.方法利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件分别创建素混凝土梁、普通钢筋混凝土梁和PVA-ECC-钢筋复合梁的有限元实体模型,在进行落锤单次和多次冲击动态响应分析时,考虑不同落锤的冲击高度和冲击速度,跨中最大位移和冲击高度之间关系,冲击耗能、跨中最大位移-冲击次数.结果通过建立相对位移,判定梁的破坏,可知PVA-ECC-钢筋复合梁断裂破坏相比素混凝土梁和普通钢筋混凝土梁在弹性阶段有更小的跨中位移和恢复变形的速度;引入相对耗能值,判定梁的抗冲击耗能性能,PVA-ECC-钢筋复合梁比普通钢筋混凝土结构更具有耗能能力和抗冲击能力.结论通过建立最大位移损伤评估指标,形成了损伤评估等级划分,分别是轻微损伤、中等损伤、严重损伤和破坏失效.

爆炸荷载作用下方钢管混凝土柱的动力响应及破坏机理

方钢管混凝土柱是被广泛采用的组合构件之一。爆炸发生时产生的爆炸冲击波可能会对框架结构内部的方钢管混凝土柱造成严重破坏,然而目前对其动力响应及破坏机理的研究成果相对较少。本文采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对爆炸荷载作用下方钢管混凝土柱的动力响应和破坏机理进行了研究分析。建立了方钢管混凝土柱实体有限元模型,其中混凝土采用HJC模型,方钢管采用考虑应变率的塑性随动强化模型,爆炸荷载施加在柱子一侧表面。通过对方钢管混凝土柱的破坏过程的模拟,比较分析了其在不同"比例距离"下的动力响应和破坏形式,进而得出方钢管混凝土柱的破坏机理。在爆炸荷载作用下,方钢管对其核心混凝土有一定的约束作用,使其处于复杂应力状态之下,从而使混凝土强度得以提高,塑性和韧性同时得到改善;同时,由于混凝土的存在,延缓了方钢管柱底和柱顶过早地发生局部屈曲。随着"比例距离"的增大,柱中水平位移逐渐减小。结果表明,方钢管混凝土柱具有良好的延性、优越的抗爆性能,所提出的破坏机理可供结构抗爆设计的进一步研究参考。

高温与爆炸作用下轻钢柱动力响应与破坏模式数值分析

采用有限元数值分析方法,研究高温与爆炸荷载联合作用下轻钢结构柱的动力响应与破坏模式规律,在分析中考虑不同火灾温度与不同爆炸冲击荷载峰值,以及在相同爆炸荷载峰值下不同冲击荷载峰值出现时间等参数的影响。通过有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立实体轻钢柱模型,根据欧洲规范3建议的升温曲线及不同温度条件下材料性能参数,确定钢材的弹性模量、剪切模量、屈服强度等参数。选定在特定温度点对钢柱施加爆炸荷载,分析时考虑应变率效应。数值分析结果表明:相同爆炸荷载作用下随着火灾过程中温度的升高,轻钢柱跨中变形增大,轻钢柱的损伤更明显;相同爆炸荷载峰值作用下爆炸荷载峰值出现时间越小,轻钢柱跨中变形越大;在高温下发生爆炸轻钢柱的变形要比常温的明显,由于高温使轻钢柱的材料性能急剧降低,使高温和爆炸荷载作用下的轻钢柱破坏模式明显不同于常温下的破坏模式。

土中爆炸对混凝土路面冲击响应分析

对土中爆炸条件下爆炸波的传播和混凝土的动态响应进行了数值模拟,分析了采用ALE单元进行有限元计算的原理,介绍了进行数值模拟的材料模型,并结合工程算例进行了说明。

轻钢结构柱爆炸荷载应变率效应影响因素分析

以中国现行轻钢结构设计手册为基础,选取其中一个型号的轻型钢结构柱为研究对象,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立爆炸荷载作用下的有限元数值分析模型,并进行应变率响应数值模拟分析。文章分析了不同工况对轻钢结构柱应变率响应的影响,结果表明,影响轻钢结构柱应变率的主要因素是比例距离和失效应变,而柱高、支座形式等因素对应变率的影响不明显;在设计计算中,将爆炸荷载产生的应变率考虑为常数,将动力强化系数考虑到材料性能中,再将动力反应分析的准静态方法是可行的。文章的研究成果可以为结构的优化设计、防护措施提供重要理论依据。

考虑典型密集建筑群影响的爆炸超压空间分布规律分析

爆炸已逐渐成为影响人们生活的典型灾害,一旦在建筑密集的城市环境中发生爆炸事故,相应灾后评估工作是十分重要的,而爆炸灾害评估与爆炸超压空间分布密切相关。提出了一种与空间分布相关的爆炸灾害评估方法,明确考虑建筑群影响的爆炸波传播机制及其影响因素分析,研究爆炸波能量衰减规律以及具有时变特点的超压空间分布规律,确定与破坏程度密切相关的3种典型超压影响范围。根据超压影响范围对单体建筑物以及密集建筑群中同一建筑物进行分区,确定3种区域的等压线位置,界定爆炸的影响范围。利用LS-DYNA软件进行模拟分析,分别建立炸药在刚性地面上单体建筑物及密集建筑群爆炸响应有限元分析模型,绘制建筑物上的等压曲线,得出影响建筑物上超压分布的主要因素主要为比例距离和建筑群密集程度。

爆炸与火灾联合作用下结构钢动态本构关系

目的考虑高温软化效应和高速应变率效应对结构钢的黏性以及流变力学特性的影响,建立考虑高温软化效应与高速应变率效应的结构钢本构关系模型.方法以试验和模拟结果为基础,对应变率范围和温度范围进行了重新划分,在Perzyna和Johnson-cook模型的基础上,建立了结构钢在爆炸与火灾联合作用下的流变应力模型,考虑了比例距离与应变率的关系和时间与温度的关系.结果提出了比例距离与应变率的关系,有效地实现了针对爆炸过程中应变率的预测.在已有模型的基础上提出了一种修正模型,并考虑了爆炸过程中的应变率和火灾中的升温过程.结论笔者建立的本构关系模型可以较好地描述结构钢的温度热效应和高速应变率效应的联合作用,并且节省计算时间.

粉尘爆炸载荷作用下钢框架结构动力响应分析

通过ANSYS/LS-DYNA软件进行非线性有限元分析,对不同温度和爆炸荷载作用下单层钢框架厂房结构柱跨中和梁柱节点的动力响应特性进行分析。模拟结果表明:木粉尘爆炸产生的高温和爆炸荷载作用下钢框架结构工业厂房边跨柱较中柱更易发生变形,当温度不低于500℃时,边跨角柱较边跨中柱更易发生弯曲变形;在粉尘爆炸产生的不低于500℃高温和不低于8.3×10^(4)Pa荷载作用下,单层钢框架厂房边跨角柱与梁的连接节点相较于边跨中柱与梁的连接节点更易产生竖向位移。