地连墙重锤成槽施工对临近变电站振动影响分析

地下连续墙成槽不可避免的对土层及周边建筑物产生较大影响,尤其需要采用落锤冲击成槽等重型施工工艺时,导致地层及邻近结构产生振动。本文依托于广州地区某紧邻变电站的地连墙成槽工程,利用Midas有限元分析软件,建立落锤冲击成槽的三维实体有限元模型,研究冲击荷载对临近电站桩基质点振动速度的影响,验证桩锤冲击和方锤修壁2种成槽施工方案的可行性。数值结果表明:电站桩基质点振动速度随落锤冲程的增大而增大,且竖向振动速度峰值最大;在一定冲程范围内,2种成槽施工方案均能满足规范要求。研究结果可为现场施工及类似工程提供参考。

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。

岩土中爆炸冲击荷载的落锤模拟试验研究

为探究落锤冲击岩土的荷载特性以及寻求模拟爆炸荷载的实用方法,分析了岩土中的爆炸冲击荷载特征,基于能量原理推导了一维应变状态下砂土受到落锤冲击后,受冲击端应力和作用时间的表达式,并通过试验对受冲击端应力峰值和作用时间表达式进行验证。试验发现:荷载正压作用时间与冲击速度无关,增大落锤质量和等效垫层厚度可延长正压作用时间;荷载应力峰值与锤头质量和冲击速度正相关,与等效垫层厚度负相关,通过在撞击面加设橡胶垫层可有效减小应力峰值,延长作用时间。提出的已知荷载条件下落锤工况设计方法,可为爆炸荷载模拟提供参考。

TNT在热和撞击加载作用下的点火性能

采用大落锤加载装置研究了压装TNT在热和撞击复合加载下的点火性能,探讨了底隙体积和温度对TNT点火性能的影响。结果表明,加载应力峰值与落锤上升高度的平方根成正比;底隙体积和温度均影响TNT的点火性能。20℃、底隙体积从28.6mm3增加到50.2mm3时,TNT点火时的加载应力峰值下降了18.3%;当底隙体积为50.2mm3、温度从40℃上升到50℃时,加载应力峰值下降了57.5%,加载应力峰值对温度的变化更为敏感;点火应力峰值与底隙体积成指数关系。

混凝土圆柱体试件在低速冲击下动力效应的研究

为研究混凝土圆柱体试件在冲击荷载作用下的动力效应,利用落锤冲击试验机,对混凝土圆柱体试件在应变率100～101/s范围内进行轴向冲击试验,并采用混凝土连续面盖帽模型(CSCM)对试验过程进行数值模拟。试验中测量不同冲击速度及冲击边界下的锤头冲击力、试件轴向应变时程曲线,获取了试件破坏形态及破坏过程的高速影像,比较分析了不同冲击速度及边界条件下,试件应力、应变峰值,应变率及动力增强系数(DIF)的变化规律。结果表明:随冲击速度的增加,试件的应力、应变峰值,应变率及动力增强系数都呈增加的趋势,冲击力作用时间则减小。混凝土平均强度与冲击速度呈抛物线关系,应变率则与冲击速度呈线性关系。模拟结果表明,CSCM混凝土本构模型在低速冲击范围内,有很好的计算精度,模拟破坏形态与试验结果吻合良好。

冲击载荷下锚杆托板及组合构件力学性能试验研究

在冲击地压巷道中,冲击载荷会造成锚杆支护系统构件与围岩相互作用力急剧增加,托板在高作用力下易出现变形破坏。针对上述问题,采用微机控制电液伺服试验机和自主研发的落锤冲击试验装置,对煤矿常用的拱形托板及其组合构件等3种试样进行了力学性能测试,获取试样静载力-位移曲线、冲击力时程曲线、位移时程曲线及变形破坏特征,分析了锚杆托板及组合构件的抗冲击性能。研究结果表明:静载作用下,托板承载力位于228~243 kN,最大变形量14.10 mm,变形呈现拱高降低、四角翘起、连接部位向圆心转移等特征。动载作用下,托板变形均经历拱高降低、四角翘起及压平3个阶段,冲击能量为500~3 000 J时,冲击力时程曲线呈现急剧上升阶段、震荡作用阶段和迅速下降阶段;冲击能量为3 500~5 000J时,冲击力时程曲线呈急剧上升阶段、震荡稳载阶段、震荡上升阶段和迅速下降阶段。随着冲击能量的增加,试样的冲击力峰值均逐渐增大,与静载相比,托板试样的动载荷峰值较大。试样位移时程曲线可分为弹塑性变形和回弹变形两阶段,弹塑性变形阶段变形量与作用时间呈现线性关系,正、反向及组合构件最大形变量平均作用时间占比分别为68.66%、69.25%、66.66%;回弹变形阶段,3种试样平均弹性形变量分别为1.71、1.84、3.23 mm。整个冲击过程中,3种试样冲击能量平均转化率分别为96.82%、97.33%、93.78%。总体来看,托板正、反向冲击力学性能及变形特征一致性较好,与单独托板相比,组合构件可实现吸能、延长冲击力整体作用时间、缩短震荡作用时间、改善托板承载特性等作用。研究成果为冲击地压巷道锚杆支护的托板及组合构件选取提供一定借鉴。

砌体墙抗冲击落锤试验方法研究与应用

阐述了砌体墙抗爆炸冲击试验研究现状,针对现有砌体墙试验方法的优缺点,结合湖南大学结构实验室已有的实验条件,提出了利用落锤试验机进行砌体墙抗冲击试验研究的方法;介绍了落锤试验机的试验原理、试验装置和测试系统,砌体墙抗冲击试验加载装置和试验方案。应用所提出的试验方法进行了碳纤维布加固砌体墙和未加固砌体墙的落锤冲击试验,通过试验现象和试验结果的分析,探讨了使用落锤试验机进行墙体抗冲击试验的可行性。

缓冲装置对炸药装药抗过载安定性影响研究

采用大型落锤模拟加载系统研究了缓冲装置对炸药装药抗过载安全性的影响。结果表明,缓冲装置可以对炸药进行有效保护;缓冲装置改变了外部载荷的特征,使得外部载荷不容易使炸药点火,进而提高了炸药的抗过载安全性,为战斗部的装药设计提供依据。

箭(弹)级间螺栓法兰连接结构冲击失效实验与数值仿真

基于火箭(导弹)级间螺栓法兰连接结构,简化设计并制作了一组原理性实验件,利用ABAQUS软件建立有限元模型,设计并进行了多次落锤冲击失效实验,其中包括轴向和横向两种工况,考虑了螺栓均布与非均布、螺栓直径和螺栓-栓孔间隙等不同结构特点。实验过程中采集了螺栓力时程响应数据、柱段关键点应变时程响应数据、锤头冲击力和冲击速度及连接界面开缝位移等多组数据。根据实验效果和实测数据,分析了连接结构冲击失效机理,并对比验证发现有限元模型数值模拟效果和精度与实验结果吻合较好。研究结论可为箭(弹)级间连接结构抗冲击设计提供参考。

装药发射安全性模拟加载实验方法研究

为使炸药材料模拟加载实验结果更接近实弹发射时装药过载应力参量,对大落锤加载实验系统初始参数进行调整。实验结果表明:加载最大应力相同时,较高的加载脉宽使得装药抗过载安定性降低;通过安装调节器,可以实现炸药材料加载最大应力与加载脉宽同时接近实弹发射时装药过载应力参量。说明该方法提高了模拟加载实验结果的准确性。

分级破碎过程的断裂动力学分析和试验研究

分级破碎机齿辊转速是控制破碎产品粒度的关键参数。目前,齿辊转速的确定处于定性阶段,还没有相应的理论指导。本文从Grady-Kipp动态断裂模型出发,分析了加载速率与试样粒度之间的关系,并通过落锤试验机对无烟煤和煤矸石两种物料在不同加载速率下进行重锤试验,发现两种物料碎块平均粒度随加载速率的增大按幂函数规律减小,为分级破碎机转速的确定提供了依据。

对泡沫塑料落锤冲击试验的解析

结合KBM法和能量法求解泡沫塑料试件受冲击的压力、变形、加载速度及应力应变关系 ,得到了相当准确的结果。同时 ,系统地阐述了粘性对泡沫塑料冲击试验的影响 。

基于落锤试验机的动态粘结滑移试验装置设计

加工简单的装置,并充分利用实验室已有的落锤试验机和数据采集设备,经过组装后,能够使落锤试验机的冲击荷载转换为粘结滑移试件钢筋的拔出力,试验过程中同时采集拔出力和钢筋滑移值,从而实现了用落锤试验机进行动态粘结滑移试验研究的功能。整个装置设计过程中考虑了装置安装便利和设备保护等细节。

锚杆托板与缓冲垫层组合结构静、动载力学性能试验研究

针对锚杆支护系统受到冲击载荷作用时,围岩与托板间作用力瞬间增加,造成托板过载弯折、撕裂及接触区域围岩破裂、塌落等问题,采用实验室试验的方法,搭建了托板与缓冲垫层组合试样静、动载测试试验台,分别测试了5种组合结构托板的静、动载力学性能,获取了组合结构的静载力-位移曲线、冲击力时程曲线及应变时程曲线;研究了不同冲击载荷下组合结构的力学响应规律,分析了缓冲垫层材质、厚度对组合结构抗冲击性能的影响。试验结果表明:静载作用下缓冲垫层对托板变形形态有一定影响,刚度高的缓冲垫层会增加托板的变形量,但也会降低组合结构的峰值载荷;垫层厚度主要影响组合结构的变形能力,对承载力影响不大。不同冲击能量下托板的冲击力峰值基本相同,托板在较低的冲击能量下已达到峰值承载力,动载峰值承载力与静载最大承载力基本相同。不同冲击能量下托板变形明显不同,托板对角线上部的变形相对较小,中线上部的变形相对较大;缓冲垫层能降低组合结构的冲击力峰值,与未使用缓冲垫层相比,采用松木、橡胶垫、废旧皮带及泡沫铝缓冲垫层时,组合结构冲击力峰值分别降低21.45%,17.55%,25.40%和2.80%,冲击力作用时间分别增加了41.94%,24.52%,47.74%和65.16%,缓冲垫层可降低冲击力峰值,延长冲击作用时间,有效吸收冲击能量;垫层厚度对试样冲击力和应变影响较大,垫层厚度越大,吸收的冲击能量越多,冲击力峰值越小,冲击力作用时间越长,垫层缓冲性能越好,合适的垫层材料和厚度能有效降低冲击载荷对托板结构的破坏效应。总体来看,与单独使用托板相比,4种缓冲垫层均能实现吸能减冲,不同缓冲组合结构的垫层对抗冲击性能影响不同,缓冲垫层吸能效果从优到劣分别为泡沫铝、松木、废旧皮带及橡胶垫。

冲击载荷作用下工业安全帽防护性能研究

利用落锤装置,测试不同材料和不同老化程度的工业安全帽在冲击荷载作用下的防护性能。依据安全帽受冲击荷载时头模所受峰值力和安全帽自身能量吸收率2个参数,讨论其抗冲击防护性能。研究结果表明:在常规冲击荷载作用下,标准材料安全帽能很好地吸收冲击能量,吸收率达到60%以上,可以有效保护头部,而劣质材料安全帽能量吸收率不足30%。随着冲击荷载力的逐步增大,标准材料安全帽抗冲击能力快速降低;当落锤高度超过110 cm时,安全帽保护作用将不能达到要求。塑料材质安全帽使用年限达到2.5 a,玻璃钢材质安全帽使用达到3 a,抗冲击性能明显降低,保护作用将不能达到要求。

冲击荷载作用下埋地长输管道受力性能分析

为研究冲击荷载作用下埋地长输管道的受力性能,制作一个土箱—管道缩尺模型,进行落锤冲击试验,并建立落锤冲击埋地管道的有限元计算模型,对管道动态响应过程进行数值模拟。主要分析了管道壁厚、管径、埋深和冲击能量等参数对管道受力性能的影响,探讨埋地长输管道在冲击荷载作用下的整体变形特点和应变分布规律。研究结果表明:在冲击荷载作用下,冲击能量增加,管道跨中表面的应变峰值增大;相同工况下大管径和薄壁管道应变值大,管道覆土越深,管道应变峰值越小,土体的缓冲作用削弱了管道受到的冲击作用;通过有限元模拟结果与试验结果对比分析,两者一致性较好,故在实际工况下可用有限元模拟落石对埋地管道的冲击作用。

钢管混凝土柱在冲击荷载作用下的损伤评估方法

为了建立侧向冲击荷载作用下钢管混凝土柱的损伤评估方法,以钢管混凝土柱近支座落锤冲击试验为基础,结合数值模拟和理论分析,研究预加轴力、冲击体质量及冲击速度对钢管混凝土柱损伤程度的影响.选取冲击体质量和速度作为损伤评估主控变量,建立基于剩余承载力的损伤评估指标D的计算式,并划分损伤评估等级.以典型钢管混凝土结构柱为例,通过仿真试算拟合其损伤评估曲线,并建立损伤评估的图解方法.研究结果表明:冲击体质量和速度对钢管混凝土柱损伤程度的影响显著,预加轴力的影响呈现出变异性;D=0.3,0.5,0.7时的损伤评估曲线将坐标平面划分为4个面域,分别代表钢管混凝土柱发生轻度损伤、中度损伤、重度损伤及破坏失效;根据冲击体质量和速度的组合点与损伤评估曲线的位置关系,可以快速判定钢管混凝土柱的损伤程度.

正多边形基多胞薄壁管的吸能特性

多胞薄壁结构具有轻量化、高比吸能的特点,在汽车、轮船、航空航天等领域得到了广泛的应用。已有研究表明结构的耐撞性与结构的拓扑方式及胞元数量密切相关。为了研究结构形状和拓扑优化对其吸能效果的影响,基于正多边形结构,通过内嵌多边形和外接圆管的方式设计了两类新型多胞薄壁结构,并对这两类多胞薄壁结构进行准静态和落锤冲击实验,利用高速相机记录结构的变形模式,并定量分析了结构的吸能特性。实验结果表明:除正三角形二级内嵌四边形所得结构在准静态加载实验后期出现了局部失稳现象外,其余结构在准静态和落锤冲击实验过程中均保持垂直受压,结构变形模式与吸能效果较好。通过比较两类结构的实验结果得出:不论是在准静态加载还是在落锤冲击的情况下,内嵌多边形结构的各项吸能指标都明显优于外接圆管的结构;同等质量的情况下,内嵌四边形结构的吸能效果明显优于内嵌三角形的结构。

集中冲击载荷下钢板条的动力响应试验研究

通过系统的落锤冲击试验研究集中冲击荷载作用下预加轴力的完好钢板条的动态响应机制及构件的垮塌行为.试验选用Q235的钢板材料进行加工制得长条形试件,对试件跨中施加不同速度的横向集中冲击荷载,配合高速相机,拍摄高速冲击试件的整个变形过程,通过测量确定试件的动力响应和最终变形.分别研究在不同的静态轴力作用下,试件跨中受到不同速度的横向冲击时的试件垮塌行为.试验研究得出:钢板条结构的变形强烈依赖于冲击速度(动能)的量值和预加轴力的关系.

金属材料重复冲击拉伸试验方法研究

为研究航空典型金属材料的重复冲击拉伸力学性能,自主设计加工了一套重复冲击拉伸试验装置,在Instron 9350型落锤冲击试验机上实现了圆棒状TC18钛合金试件的重复冲击拉伸加载试验。试验测试得到TC18钛合金试件在不同冲击能量加载下的冲击载荷—时间历程和冲击次数。建立了冲击拉伸过程的有限元计算模型,分别采用按冲击速度加载和按冲击载荷—时间历程加载两种方式,计算了试件轴力—时间历程以及等效塑性应变—时间历程。冲击载荷—时间历程曲线的重复性,以及数值计算中锤头速度—时间历程结果表明了试验方法的可行性和适用性。两种加载方式下等效塑性应变-时间历程对比为后续进一步建立合适的重复冲击数值计算模型提供了重要参考依据。