基于LS--DYNA与耦合方法的简支板桥车桥振动分析

简支空心板桥是我国小跨径桥梁中广泛采用的桥型之一。这类桥梁具有重量轻、整体性好、自振频率高的特点,且在高速重载车辆的作用下易导致车桥间产生较大的动力相互作用。这一现象不仅影响车辆行驶的舒适度,而且会对桥梁结构产生不利影响,降低桥梁寿命。将当前广泛应用的车桥耦合方法与动力有限元软件LS-DYNA结合起来,建立了一种全新的车桥耦合三维仿真分析模型。车桥耦合模型中的车辆模型采用了简化的三维9自由度车辆模型,简化了车辆建模并提高了计算效率。基于一简支现浇空心板桥的现场试验,将由这种耦合方法得到的仿真分析结果与实桥测试动力响应进行对比分析。结果表明,测试结果和仿真模拟结果吻合良好,验证了这种新的车桥耦合三维仿真分析模型的正确性和有效性。

新型射孔动态仿真模拟及适用性评价

射孔完井技术的发展与完善对油气田的高效测试和开采具有重要的现实意义和实用价值。但低渗透储层(如低渗煤层)采用常规聚能射孔完井时,存在压实损坏带,导致渗流阻力大、产能降低等问题。为改善低渗透储层的开发效果,提出了自清洁、后效体等新型射孔技术,但其射孔效果、适用性等问题尚不明确。基于LS-DYNA的显示时间积分算法及流固耦合机理,形成地层-水泥环-套管-射孔弹动态射孔有限元模型建立方法,制定了不同射孔技术条件下动态射孔数值模拟方案,建立了不同射孔技术的有限元模型,并开展了不同射孔技术动态射孔仿真模拟研究,基于数值模拟研究结果,对2种射孔技术的适用性进行了分析研究。结果表明:自清洁和后效体射孔较常规射孔孔深有所下降,但孔径较常规射孔扩大15%左右。孔深和孔径与抗压强度、弹性模量、围压成反比,与孔隙率成正比,负压对单一射孔效果的影响较小。针对中孔低渗、低孔低渗油气藏,自清洁、后效体射孔技术孔道容积较常规分别增大9.55%、12.23%左右,射孔效果突出。上述研究结果可为自清洁与后效体射孔技术的设计与应用提供理论支撑,对两种射孔技术的发展及其对低渗储层(如低渗煤层)油气井的增产有着重要的意义。

临近胶结充填体矿房爆破参数数值模拟分析

为解决在应用空场嗣后充填采矿法开采矿石过程中爆破对胶结充填体的冲击及损伤问题。以玉溪矿业某一临近胶结充填体的矿房为研究背景,采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件,分析矿岩在爆破瞬间及后续破碎过程中的应力分布、位移变化和破坏模式等情况。同时结合爆破振动参数,对矿岩破碎效果及周围充填体的损伤程度做出一个量化评估。数值模拟结果验证了爆破参数的合理性。研究结论为优化爆破效果,降低开采过程中爆破对充填体矿柱的损伤,指导后续爆破作业提供了理论依据。

预裂缝宽度对爆破效果影响研究

采用LS-DYNA软件建立数值模型,模拟分析了预裂缝宽度分别为3 cm和5 cm时对爆破效果的影响。结果表明,预裂缝越宽,减振效果越好,相差比例最高可达46%。选择不同孔径预裂爆破进行现场爆破振动监测试验,验证了数值模拟所得规律的正确性。预裂爆破参数的选取需结合现场实际工况和周围建(构)筑物的保护进行综合分析。

极地冰撞载荷作用下船体典型箱型结构极限强度分析方法研究

船舶在极地航行的过程中船体可能受到冰载荷的撞击,北极地区海域的温度最低可达-68℃,因此航行于极地的船舶将面临严重的冰载荷环境和低温环境.由于船体结构是典型的加筋板组合的变截面箱型梁结构,故将船体模型简化为箱型梁模型.基于LS-DYNA对箱型梁-冰碰撞的收敛性分析,在不同温度下对箱型梁-冰碰撞进行非线性有限元数值仿真,得到不同低温下箱型梁结构在冰载荷作用下的极限强度.引入冰厚、速度等敏感性参数,得到一般结论,箱型梁的极限强度随着温度的降低而升高,随着冰厚、温度的增大而增大.研究结果对低温下箱型梁-冰在碰撞的极限强度研究具有一定意义,为极地船舶船体结构的设计提供参考.

爆破振动组合降振方法的减震效果研究

为分析预裂爆破+减震沟组合降振方法的降振效果,首先运用LS-DYNA软件分别对单一预裂爆破和预裂爆破+减震沟组合降振方法进行数值模拟,得出预裂爆破+减震沟组合比单一预裂爆破降振效果更好,相差比例最大可达61%;然后进行爆破振动现场监测试验,论证了数值模拟结论的正确性;最后得出结论,认为预裂爆破+减震沟组合降振效果更好,降振方法的选取应结合地质条件、实际工况和周围被保护对象的要求进行综合分析。

带隔板复合装药结构对双层罩毁伤元成型的影响

针对带隔板复合装药爆轰波控制问题,利用LS-DYNA软件仿真研究了不同隔板参数及复合装药结构参数对爆轰波传播及作用过程的影响;结合X光成像试验验证并通过仿真研究了双层药型罩在不同装药结构参数下的成型规律。结果表明,随着隔板厚度及复合装药高度的增加,复合装药爆轰波由球面波向V形波转化,使得双层药型罩从包覆式侵彻体向杆式侵彻体转换;其中侵彻体的头部速度和长径比与隔板厚度、装药高度、炸药性能呈正相关,与隔板半径、隔板底部距起爆中心位置、内外层炸药直径比呈负相关,当隔板厚度为0.114~0.142倍装药口径、隔板半径为0.400~0.429倍装药口径、隔板底部距起爆中心位置为0.100~0.129倍装药口径、复合装药高度为0.971~1.257倍装药口径、内外层炸药直径比为0.77~0.83时,杆式侵彻体成型较好。

大件运输车作用下宽幅斜拉桥动力响应分析

为研究大件运输车辆作用下桥梁的动力响应,建立了以实际工程为背景的宽幅斜拉桥有限元模型和精细化的车辆有限元模型,并利用LS-DYNA程序的接触算法实现了相较于传统方法更为真实的车-桥耦合振动模拟,以车辆类型、行驶车道、行驶速度等为参数,对比不同工况下桥梁的振动响应。结果表明:在大件运输车辆通过宽幅斜拉桥时,相较于标准车辆会引起桥梁更大的竖向下挠和拉索索力;边车道工况下桥梁的竖向位移变幅和索力变幅大于中间车道工况下的变幅;大件运输车辆行驶速度的提升会使桥梁竖向下挠和拉索索力增加,且相较于中间车道工况,边车道工况下桥梁响应对车速的敏感度更高。

爆破荷载作用下邻近深埋隧道衬砌动力响应数值模拟

为了研究深埋小净距隧道在爆破荷载下的动力响应以及保证隧道的安全和稳定,以三洞分离隧道爆破开挖工程为背景,通过ANSYS/LS-DYNA模拟分析深埋小净距隧道在爆破荷载作用下的衬砌动力响应。分析了隧道同一截面拱顶、拱腰、拱脚不同测点,不同断面的振速和位移。研究结果表明:衬砌内侧(与净空面接触)拱脚首先产生振动,爆破卸载后,衬砌外侧(与岩石接触)振动速度达到峰值。纵断面的振动速度差异较大,水平位移的影响大于垂向位移的影响。最大位移出现在拱顶,其次出现在迎爆侧拱腰处。断面拱脚处测点振动加速度最大,受到的爆轰也最大。

深井高应力环境下束状组合孔拉槽爆破优化研究

为探究深井高应力环境下,采场束状组合孔拉槽爆破损伤破裂规律,采用LS-DYNA数值分析软件进行研究。通过建立平面数值模型,分析了无静应力、单向静应力和双向等值静应力3种条件下束状组合孔爆破破裂损伤情况。此外,对不同静应力条件下束状组合孔的孔间距和外围辅助空孔的布置方式进行优化,并进行工程试验验证。研究结果表明:相比无静应力条件,单向静应力和双向等值静应力条件下束状组合孔爆破损伤裂纹扩展受到抑制,静应力越大,抑制作用越显著。工程实践表明,根据静应力的大小调整束状组合孔孔间距和外围辅助孔布置方式,能够获得良好的拉槽爆破破岩效果。

基于改进的MOGWO高强度钢辊弯成形工艺的多目标优化

为了探究成形参数对高强度钢辊弯件成形质量的影响,并对工艺参数进行优化,提出了一种辊弯成形工艺优化方法。首先,应用LS-DYNA有限元软件模拟LG700高强度钢U型辊弯件的成形过程。然后,通过Box-Behnken响应面设计对高强度钢U型辊弯件进行仿真试验,分析辊弯道次、过弯角、辊站间距和辊缝间距等成形工艺参数以及厚度、法兰高度、圆角半径等几何参数对辊弯件偏差角和纵弓高度的影响,并通过拟合得到偏差角和纵弓高度二者的二阶响应模型。最后,采用改进的多目标灰狼优化(MOGWO)算法对特定尺寸辊弯件进行工艺优化,并通过实例进行验证。结果表明,将优化后的工艺参数用于高强度钢辊弯成形过程中导致其偏差角由0.78°降至0.24°,纵弓高度由1.58 mm降至1.20 mm,成形质量得到提高,满足相关产品的装配精度要求。

铝中间层对TA2/5083爆炸焊接影响的数值模拟

为研究添加中间层对TA2/5083爆炸焊接的影响,分别选取0.3 mm和0.5 mm厚度的1060铝中间层,利用ANSYS/LS-DYNA软件结合ALE算法建立三维数值模型,分别模拟出添加0.3 mm和0.5 mm厚度1060铝中间层的焊接过程,与直接爆炸焊接TA2和5083复合板进行对比。模拟结果表明:选择适当厚度的1060铝中间层,能有效减少基板所受碰撞压力,让爆炸焊接过程更加平稳;结合建立的爆炸复合窗口,添加中间层能大大扩展可焊接窗口,减小碰撞速度,模拟结果更加接近理论碰撞速度,使复板以更佳的飞行速度与基板结合;0.3 mm厚度中间层复合板的焊接质量高于0.5 mm厚度中间层高于无中间层的,模拟与实验吻合较好,添加合适厚度的中间层1060能大程度提高TA2/5083复合质量。

316L不锈钢/CK22碳钢爆炸焊接管的数值模拟

为研究不同炸药量对爆炸焊接不锈钢316L/碳钢CK22复合管的影响,采用ANSYS/LS-DYNA软件结合ALE流固耦合算法对不同炸药内径下复合管的爆炸焊接过程进行数值模拟,建立316L/CK22双金属管可焊接窗口,利用后处理软件LS-PrePost导出焊接过程中碰撞压力、塑性变形、碰撞速度等动态参数。结果表明:炸药厚度小于0.505 cm时碰撞速度在可焊接窗口外,在复合时发生回弹焊接失败,药厚大于0.505 cm时均能较好复合,模拟与实验吻合,证明焊接窗口对爆炸焊接实验的较好指导意义;模拟碰撞速度与理论值误差在3.2%~9.5%,证明数值模拟爆炸焊接复合管的可靠性。

爆破影响下砌体结构振动效应及其安全性评价

城市地下工程在进行爆破施工时,邻近建筑结构的安全和稳定至关重要。基于武汉地铁8号线二期联络通道的爆破开挖工程,根据工程现场监测,建立LS-DYNA动力有限元3D数值计算模型并进行了详细分析。研究可知,数值模型质点振速变化和频率特征与工程现场测试基本一致,数值参数和计算方法合理。在振动响应方面,砌体结构主要表现为高度方向的振动,振动最大的点位于结构柱顶、柱脚,振速较大。砌体结构单元动应力沿结构长度方向先增大后减小,沿宽度方向则震荡减小。结构振速与有效应力具有对应关系,根据极限抗拉强度计算得砌体结构的安全控制振速为1.18 cm/s;结构爆破峰值振动速度在安全控制范围以内,单元的峰值有效应力不大于抗拉强度,结构处于安全状态。

某储运发箱着陆缓冲特性仿真与试验验证

目的研究排气型气囊作用下某储运发箱空投着陆缓冲性能。方法建立储运发箱-气囊空投系统的LS-DYNA有限元模型,计算空投系统着陆缓冲过程的动力学响应。根据空投安全阈值,对火箭弹过载、火箭弹轴向力、各部件结构应力等进行分析。通过搭建缓冲试验平台,对仿真模型准确性进行验证。结果受冲击较大的火箭弹过载略大于30g,框架某隔板处应力超出许用应力,应注意防护。测试结果与仿真结果一致性较好,误差在±10%以内。结论本文建立的仿真模型精度较高,能满足工程需要。本文研究方法和结果对于储运发箱结构设计、着陆缓冲方案设计有一定参考意义。

砂土-高密度海绵垫层棚洞力学特性研究

依托某隧道洞口工程,探究更为有效的落石冲击防护结构,采用1∶10几何相似模型试验与LS-DYNA数值计算方法,揭示落石冲击作用下砂土-高密度海绵复合垫层力学响应机理。模型试验结果表明:添加3、6 cm高密度海绵构成复合垫层,顶板腹部中心应力峰值由1.71 MPa依次下降至0.75、0.24 MPa,降幅为55.90%、86.43%。与试验等比数值计算结果表明:添加3、6 cm海绵构成复合垫层,顶板腹部中心应力峰值由1.13 MPa降至0.57、0.22 MPa,降幅可达49.73%、80.35%。实际工况数值计算结果表明:复合垫层棚洞应力水平大幅降低,板内应力整体较均匀且中心位置应力集中状态已基本消除,应力曲线已由纯砂土垫层的折线形式变化为波浪式,应力峰值由5.63 MPa降至1.77 MPa,降幅可达68.56%。位移峰值由-3.08 mm降至-2.51 mm,加速度峰值由514 m/s 2降至445 m/s 2。

袋装成品粮集装箱自动装卸装备末端落袋位姿仿真分析

目的解决袋装成品粮集装箱内码垛时落袋不规则、落袋点模糊影响码垛位置精度的问题。方法本文采用ANSYS/LS-DYNA对袋装成品粮落袋过程进行仿真分析,并搭建袋装成品粮落袋试验平台进行试验,使用高速摄像机观察袋装成品粮落袋过程,分析袋装成品粮输送速度、落袋高度在落袋过程中的应力分布及落袋机理,确定最大等效应力出现的区域以及最佳落袋参数组合,验证仿真研究的准确性。结果仿真结果表明,袋装成品粮在离地600 mm跌落后水平位移相对较少,且输送速度越小成品粮跌落后的水平位移越小。成品粮跌落冲击地面时,所受冲击应力集中在下层中部。结论堆垛码垛系统水平运输,输送速度为0.7~1.0 m/s、输送高度为200mm时袋装成品粮能够被水平推送出输送带末端,输送速度为0.3m/s、输送高度为600mm时袋装成品粮翻转落袋到地面姿态最佳,且在水平方向上的平均位移最小,满足袋装成品粮集装箱自动装卸装备的末端落袋工作需求。有限元模型与实际落袋位姿情况基本符合,对袋装成品粮集装箱自动装卸装备的末端落袋位姿分析具有一定的参考。

大断面小净距隧道爆破施工合理间距及减振措施

小净距隧道在爆破施工过程中存在多次扰动问题,一方面隧道周边岩土体在多次爆破扰动下发生劣化,降低围岩承载能力,另一方面爆破振动会直接对既有隧道结构产生不同程度的影响甚至损坏,如衬砌结构开裂、剥落等。因此,合理设计隧道间距以及采取必要的减振措施对于提升隧道整体安全性能以及延长隧道服役性能至关重要。为研究不同围岩级别下隧道的合理间距,以义东高速西甑山公路隧道小净距段为工程依托,采用ANSYS LS-DYNA有限元动力分析程序建立小净距隧道爆破施工三维数值模型,重点研究Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ级围岩后行洞爆破施工下相邻先行洞振动响应规律,建立围岩级别、振速以及隧道间距内在关系式,结合衬砌结构振速限值划分合理间距,并探究减振孔在小净距隧道爆破施工中的应用,现场选取试验段开展先行洞振动监测并评价降振效果。研究表明:先行洞迎爆侧边墙位置振速值最大,以此为基础划分Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ级围岩下隧道合理间距分别为5.8,8.2,11.1 m,当间距小于该值时应加强监测并采取相应减振、加固措施;后行洞设置减振孔后,振速计算值、监测值相比未设置的减振率分别提高18.7%,32.6%,二者相差不大表明减振孔降振效果明显;实际监测振速最大值为3.49 cm/s,远小于7 cm/s的限值,先行洞二次衬砌振速值满足安全控制要求。

CGM水泥基灌浆料力学特性及动态本构模型

为研究C-Type Grout Material(CGM)水泥基灌浆料力学特性,以及在动态加载条件下破坏失效规律,开展一系列静、动态力学测试,标定该材料Holmquist-Johnson-Cook(HJC)动态本构模型参数,基于LS-DYNA软件开展了Split Hopkinson Pressure Bar(SHPB)试验有限元动力模拟。实验结果表明:CGM水泥基灌浆料力学性质稳定,单轴受力条件下表现出明显的脆性,在有围压条件下加载具有显著的弹塑性,动态加载条件下率效应明显,应变率达到119 s^(-1)时,动态峰值强度可提高1.62倍。数值模拟结果表明:使用本文试验数据标定的HJC本构模型参数,可准确预测CGM水泥基灌浆料在不同应变率下破坏前的峰值应力和峰值应变,为该材料在动态冲击作用下应用提供参考依据。

基于LS-DYNA二次开发的AlNi合金弹丸对单层靶的撞击特性研究

基于塑性功温升原理对Johnson Cook材料模型中的温度项进行了简化,并加入了冲击反应材料化学反应模型,基于LS-DYNA平台下的二次开发功能编写得到适用于冲击反应材料的本构模型。建立了弹丸撞击单层防护结构的仿真模型并分别研究了普通材料和冲击反应材料的毁伤特性。得到了不同撞击参数下冲击反应材料和普通金属弹丸对单层靶板的毁伤规律。