不同钢纤维掺量全轻混凝土梁落锤冲击试验研究

由于全轻混凝土结构抗剪承载力较低,因此有必要探究钢纤维的加入对全轻混凝土梁动力性能的影响。设计钢纤维体积掺量为0%、1%、2%共3根适筋梁,对其跨中区域进行落锤冲击试验,并利用LS-dyna有限元软件进行数值模拟,对比分析各试件破坏形态、冲击力时程曲线、跨中位移时程曲线。试验结果表明:在相同冲击荷载作用下随着钢纤维体积掺量的增加抑制裂缝产生和发展的现象越显著,并且裂缝相对更加集中于梁跨中区域,支座处裂缝相对减少。钢纤维的加入不影响试件冲击力最大值,但随着钢纤维体积掺量的增加,各试件冲击力第二峰值与最大值之比增加14%和26%,跨中位移最大值与残余位移分别降低3、8mm与3、7mm。经研究得出钢纤维的加入显著提高全轻混凝土梁抗冲击性能。

舰载飞机着舰撞击载荷实测技术研究

针对国内飞机起落架载荷测量中普遍存在的静标动测问题,从理论和机理上分析了静标定的应变法实测动态载荷存在问题的原因。同时,考虑到舰载飞机因定点着舰方式遭受严重的动态载荷,重点研究了舰载飞机着舰撞击载荷的静标动测问题。通过动态落震试验模拟飞机着舰过程,根据测力平台的实测载荷分析,获取了应变法实测载荷精度受动态影响的程度,提出一种改进的惯性修正方法,即:通过落震试验数据辨识质量矩阵,通过辨识的质量矩阵和实测加速度修正应变法的实测载荷。试验结果表明,改进的惯性修正方法进一步提高了垂向载荷的测量精度,显著提高了航向和侧向载荷的实测精度。

粗骨料纤维充填体的力学特性与能量损伤演变规律

为提升充填体的抗拉性能、抗裂性能和韧性,通过抗压、巴西劈裂和落锤冲击试验研究了聚丙烯纤维对充填体强度特征、变形特征、抗冲击性能和能量演变的影响。结果表明:随着纤维掺量增加,充填体强度先增大后减小,弹性模量逐渐降低;掺入纤维后,充填体总耗能增加,达到峰值后释放动能减小,摩擦内能增加,可促进弹性应变能转变为耗散应变能;随着纤维掺量增加,充填体冲击耗能、延性比和韧性系数先增大后减小,终裂形态由“开裂即碎”演变为“裂而不碎”;掺入0.10%纤维的充填体抗拉强度、韧性和抗冲击等性能最优。强化机制主要是充填体内纤维“筋网结构”延缓裂纹产生、抑制裂纹扩展和提升能量吸收上限。研究成果有助于提升采场充填体顶板的稳定性,保障矿山生产作业安全。

一种组合式二级缓冲吸能装置的吸能特性研究

基于胀管和泡沫铝的缓冲吸能特性,以能量吸收值为设计目标,提出了一种新型二级缓冲吸能装置设计方法,并通过准静态压缩试验和落锤冲击试验验证了该方法的有效性。试验结果表明:该二级装置可实现预期的多级梯度应力平台。建立了二级缓冲吸能装置的有限元模型,通过仿真分析其在不同冲击工况下的动态响应和能量变化特征,该装置泡沫铝和胀管部分吸能占比可达80%,且更换主要耗能部分后其余构件可实现重复使用,并针对其失效模式提出优化方法,有效增加耗能材料的利用率和装置的整体稳定性。

PVC-U排水管材的密度与物理力学指标关系分析

按GB/T 5636.1—2018对367批次PVC-U排水管的密度、拉伸屈服应力、断裂伸长率和落锤冲击试验指标进行了测试并统计分析。研究发现,随着密度的增加,拉伸屈服应力不合格发生在密度不合格之前,而断裂伸长率和落锤冲击试验不合格发生在密度不合格之后。从实际应用、理论与标准化的角度分析了密度指标在PVC-U排水管材中设立的原理和效果,认为在PVC-U管材产品标准中设立密度指标缺乏实用价值,建议取消。

醴陵陶瓷釉下五彩茶具包装设计

针对醴陵陶瓷釉下五彩茶具易碎的问题,选择黑卡纸作为缓冲包装材料,设计了一种陶瓷茶具缓冲包装结构。通过静态压缩试验和跌落冲击试验测定了缓冲结构的性能,验证了该缓冲结构可实现对醴陵陶瓷釉下五彩茶具的保护。该设计将结构的缓冲功能与展示功能相结合,在实现缓冲性能的基础上附加了销售展示功能。

基于JK落重和Bond球磨功指数试验的铁矿石碎磨特性及流程模拟计算

弓长岭选厂目前采用传统的“三段一闭路破碎”、“阶段磨矿”的碎磨工艺流程,存在生产工艺流程长且磨矿能耗偏高等问题。因此拟在粗碎后增加(半)自磨作业,降低进入球磨物料的粒度,以期降低磨矿作业能耗,优化碎磨作业工艺流程,提高选厂的作业生产能力,降低磨矿作业生产成本。试验原料铁矿石品位为28.27%,其中铁主要以磁铁矿的形式存在,脉石主要为SiO2,含量为48.61%。以鞍钢弓长岭选厂作业流程中粗碎产品进行JK落重试验,细碎产品进行Bond球磨功指数试验,对矿石的碎磨特性参数进行深入研究。研究结果表明,矿石的冲击破碎模型t10=70.099×(1-exp-0.647×Ecs),其中A为冲击粉碎参数,其值为70.099,b为0.647,A×b为45.354,矿石的抗冲击破碎能力属于中等级别,且随着颗粒粒度的减小而增大;矿石磨蚀系数ta为0.361,抗磨蚀能力为中等级别;矿石的相对密度为3.26。Bond球磨功指数试验获得的功指数Wib=11.7665kWh/t,属于中硬矿石,可以采用(半)自磨工艺。半自磨机设计给矿粒度为F80=160mm,最终产品粒度P80=86μm,JKsimMet软件模拟结果表明,需要2台Φ8.8m×5.1m半自磨机(装机功率7000kW)可满足生产要求。该试验结果对后续选厂工艺流程的优化具有重要意义。

空降车辆着陆缓冲过程仿真分析与模型验证

围绕空降车辆在着陆缓冲过程中的冲击载荷,建立空降车辆-缓冲气囊耦合有限元模型并开展着陆缓冲过程仿真.开展典型垂直降落工况地面跌落模拟试验,对比仿真数据与试验实测数据,验证仿真模型的准确性.对垂直降落工况和水平向速度的着陆缓冲过程开展仿真分析,校核车辆冲击载荷、反弹速度、气囊内压等着陆缓冲响应.仿真结果表明,对于某空降车辆,目前的空降车辆-缓冲气囊设计方案在多种工况下的冲击载荷满足使用要求.此种方法可以较好满足空降车辆方案优化和着陆缓冲性能预测.

应用于低速冲击的新型力学超材料

目的针对低速碰撞场景下的吸能缓冲需求,设计一种具有准零刚度特性的新型力学超材料。方法首先对力学超材料的几何结构进行参数化建模,超材料主要组成包括薄壁结构与格栅结构。薄壁结构为正弦构型的曲梁,格栅结构由圆杆组成,将薄壁曲梁连接成整体。为了缩短不同应用场景下缓冲结构的设计周期,提出了一种结构力学响应的计算方法。首先建立基于欧拉-伯努利梁原理的薄壁结构运动微分方程,随后提出了一种基于四阶龙格库塔法以及打靶法的数值求解方法,最后基于叠加原理,提出了缓冲结构的力学响应预测方法并进行了相应的线性补偿。结果提出的数值算法可以准确地计算大柔度薄壁结构的力学响应,从而减少设计迭代的次数,大幅缩短设计周期。结论准静态试验结果表明,提出的超材料构型具有准零刚度的特点,并且压缩率超过70%。落锤冲击场景下缓冲结构无明显的初始峰值,响应载荷得到抑制。这说明这种超材料在缓冲领域具有很大的应用潜力,尤其适用于体积受限场景下的冲击防护。

球销落锤冲击的仿真研究

汽车行驶中的误用工况导致底盘承受异常的冲击载荷,为避免遇到冲击载荷时底盘结构件发生断裂导致严重的整车安全事故,需要对结构件抗冲击载荷能力进行评估,尤其是球销作为底盘结构件的连接单元不允许出现断裂。对抗冲击载荷能力的评估,一方面需要采用落锤冲击试验的方法,另一方面需要开展仿真研究进行虚拟分析,提前预判抗冲击载荷设计的效果。仿真中,利用Abaqus的显式分析功能,采用Johnson-CookDamage材料损伤失效模型参数,通过不断提升落锤高度得到不同冲击能量下球销的塑性变形情况,直至球销发生断裂为止。与之同时开展了落锤冲击试验,设置相同的落锤高度来对比仿真和试验,两者结果基本吻合,为球销的抗冲击载荷正向设计提供了一个可行的途径。

落锤撞击试验引起的环境振动研究

对某大学结构试验室落锤撞击试验引起的环境振动问题进行了研究,利用3602T型动态数据采集系统分别测试并记录了不同撞击能量下,试验室不同位置下x、y、z 3个方向的最大振动速度,并采用GB 50040-2020《动力机器基础设计规范》中提到的地面振动衰减计算公式对试验结果进行验证,计算结果与试验结果基本一致。振动测试结果表明:落锤撞击试验引起的环境振动可以通过GB 50040-2020《动力机器基础设计规范》中的地面振动衰减计算公式进行计算分析,且目前落锤试验机提供的最大撞击能量对试验室的主体结构影响较小,可安全使用。

碳纤维布增强聚丙烯板落锤试验研究

为研究碳纤维布增强聚丙烯板材的抗冲击性能,利用环氧树脂采用外贴的方式分别制备单层碳纤维布和双层碳纤维布的复合板材,同时设置未粘贴碳纤维布的对照组试件,并通过采用INSTRON CEAST 9350落锤冲击试验系统分别以4、8、12 J的能量进行落锤试验,并得出冲击荷载-位移的曲线和试验后板材的损伤破坏形态。试验结果表明,外贴碳纤维布能够显著提高聚丙烯板材的抗冲击性,并且也能够减少聚丙烯板材在冲击荷载下“应力发白”现象的产生,同时粘贴双层的碳纤维布的板材的抗冲击能力优于粘贴单层碳纤维布的板材。

低速冲击下抗事故包装箱冲击保护设计与试验研究

目的旨在探讨抗事故包装箱在低速冲击条件下的冲击保护设计,以提高其对内部物品的保护能力,确保在跌落或碰撞事件中的安全性。方法利用落锤冲击试验复现低速冲击环境,对3种不同缓冲层设计的冲击保护装置进行了细致的试验分析,评估并对比了它们在防护性能上的表现。结果试验结果表明,在进行的24组试验中,采用双层组合抗冲击设计的液固耦合冲击保护装置,以其卓越的性能达到了99.50%的冲击防护效率,突显了其在防护性能上的显著优势。同时,改变落锤的下落高度以及内部填充非牛顿流体的黏度,对冲击防护效率有着重要的影响。结论成功验证了缓冲层设计对提高抗事故包装箱抗冲击性能的重要性。通过合理设计冲击保护装置,可以有效提升包装箱的抗冲击能力,为高风险物品的安全运输提供了科学依据。

冲击载荷作用下新型加筋板损伤变形试验研究

船舶在遭遇碰撞搁浅事故时,加筋板是最先受到载荷的构件,其耐碰撞性能直接影响船体结构的安全性.文中以船体典型加筋板结构为研究对象,基于重量等效原则设计了结构近似的传统加筋板与U型加强筋加筋板,通过开展落锤碰撞试验,从损伤变形、碰撞载荷方面分析结构响应.结果表明,在相同撞击能量的情况下,U型加强筋加筋板的极限撞深与残余变形均小于传统加筋板,在碰撞后期,U型加强筋加筋板的碰撞力明显高于传统加强筋加筋板.

气爆危害对深隧竖井折板荷载的影响分析

深层隧道排水系统中的气爆危害将使竖井折板承受巨大的反向冲击荷载,严重威胁结构安全。为研究其荷载变化趋势,开展了长度比尺为1∶50的气爆模型水力试验,分析进气压、进气量、初始水深和联络管接入方式等关键因素的取值变化对冲击荷载的影响。结果表明:气爆对折板的反向冲击荷载可达正向水动力荷载的20倍以上且与进气压和进气量均呈正相关;当竖井内自由液面“紧邻”折板且联络管接入干区时,折板将大概率承受较大的冲击荷载。在试验研究基础上,分别拟合出了联络管接入湿区和干区时的最大冲击荷载预测式。研究成果可为折板型竖井正常安全运行以及结构设计优化提供技术支撑和理论指导。

地聚物混凝土梁的抗冲击性能研究

采用单次落锤冲击试验对地聚物混凝土梁的抗冲击性能进行研究,以混凝土种类与强度为研究变量,设计了3根地聚物混凝土(GC)试验梁与1根普通混凝土(OPC)试验梁,试验获得了各试验梁的跨中挠度、冲击力、支座反力的时程曲线,以及裂缝分布和破坏模式,并根据混凝土种类与强度的不同对试验梁冲击行为的差异进行了分析,以评价这种地聚物混凝土梁的抗冲击性能。

汽车仪表板气囊门落锤冲击仿真分析

安全气囊静态点爆试验是测试汽车仪表板气囊门性能的主要方法,但由于点爆试验系统复杂、成本高昂、准备时间长等缺点,有逐步被落锤冲击试验取代的趋势。通过仿真分析研究不同形状锤头冲击仪表板气囊门时弱化线的撕裂情况,结果表明,相较于平锤头,圆锤头能更好地模拟安全气囊冲击打开仪表板气囊门,可为以后的测试试验提供一定参考。

轴向冲击荷载下锚索动力响应特征试验研究

为了研究锚索在轴向冲击荷载下的动力响应特征,选取砚北煤矿冲击地压巷道常用的锚索材料,采用AW-1500微机控制电液伺服试验机和自由落锤冲击试验机进行了锚索静、动载力学性能试验,共设计9种不同能量等级的冲击试验,获得了冲击力时程曲线、冲击力-变形曲线、锚索冲击变形以及吸收能量的特征曲线。结果表明:静载拉伸破断载荷为350.83~356.81 kN,平均延伸率3.49%,冲击载荷作用下锚索承受的冲击力明显大于静载破断载荷,而延伸率明显降低,平均最大降低35.24%,锚索脆性破坏特征突出;锚索变形-冲击力曲线变化过程分为初期震荡阶段、急剧增长阶段以及弹性回弹等3个阶段,冲击能量小于15000 J时,锚索主要发生弹性变形,锚索冲击力时程曲线峰值点与冲击能量峰值点基本一致,随着冲击能量的逐渐增大,锚索冲击力峰值也逐渐增大,在急剧增长阶段震荡型增长趋势较显著;冲击能量大于等于15000 J时,冲击能量未达到峰值前,锚索即发生破坏,随着冲击能量的增大,锚索塑性变形变化突出,冲击动能向锚索变形能转化,锚索吸收能量与塑性变形基本成正比。通过对锚索冲击载荷下的力学响应特征分析,可为冲击地压矿井的巷道支护设计和材料选取提供一定的理论依据。

30 000 J多功能落锤冲击试验机研制及应用

为深入研究冲击地压巷道锚杆支护材料的抗冲击力学性能,自主研制了30 000 J多功能落锤冲击试验机。该试验机由主机框架、抓脱锤装置、提升装置、锤体组件、液压缓冲装置、安全防护装置及电气装置等部分组成,可实现锚杆、锚索、托板及金属网等多种支护材料全尺寸动态力学性能测试和锚固岩体相似模型的冲击试验。选取了冲击地压煤矿常用的锚杆支护材料,初步开展了支护材料动态力学性能测试,测试结果表明:动载下锚杆颈缩不明显,表现出明显的脆性。随着冲击能量的增加,锚杆的冲击力峰值逐步增加,而延伸率大幅度降低;锚索受动载后钢丝易散开,外侧的钢丝更容易出现破断,破断位置通常位于夹具区域。动载作用下锚索的强度略有提高,而延伸率却大幅度降低,锚索的断后伸长率约为其静载的1/2;动载下拱形托板冲击力曲线具有明显的平稳震荡阶段,托板的冲击力峰值要明显大于其静载,变形量与静载基本相同,拱部结构在动载下能平稳变形吸能;随着冲击能量的增加,菱形网的冲击力峰值逐步增加,而变形量先增加后减小,菱形网具有很好的缓冲性能。多功能落锤试验机的研制为冲击地压巷道支护材料的动态力学性能测试提供了手段,为不同冲击危险性巷道的锚杆支护材料选取和支护设计奠定了基础。

钢筋混凝土梁冲击后剩余承载力及承载机制研究

冲击后剩余承载性能是评估结构抗冲击性能的重要指标。为研究钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁冲击后剩余承载力及损伤后承载机制,对12片简支RC梁进行了落锤冲击以及冲击后静力加载试验,基于显式动力有限元分析方法对冲击及其冲击后静载全过程进行了仿真模拟,探讨了冲击能量和构件参数(拉筋率、压筋率、箍筋率和混凝土强度)对RC梁冲击后剩余承载性能的影响,基于试验和数值模拟数据得到了损伤后RC梁剩余承载力的预测公式,分析了影响冲击损伤RC梁剩余承载力的本质原因。研究结果表明:RC梁冲击接触局部区域混凝土破损,跨中区域产生较为严重的垂直裂缝和斜裂缝;随着冲击能量的增大,梁的冲击损伤更为严重。不同冲击参数下RC梁的承载力发生不同程度的下降,受压钢筋和箍筋配筋率的增加降低了承载力退化程度,而增加受拉钢筋配筋率虽然可以提高RC梁原始承载力,但其冲击后承载力下降比例也越大,混凝土强度对于受冲击损伤的RC梁剩余性能没有显著的影响。冲击后RC梁承载力下降与否与其在极限状态的破坏控制模式相关。