钢-UHPC组合式防撞浮箱防撞性能研究

由于钢-橡胶组合式防撞浮箱被小型船舶撞击后防腐涂层易被破坏,引起箱体进水、防撞装置下沉等问题,因此多采用新型的钢-UHPC组合式防撞浮箱。为了解钢-UHPC组合式防撞浮箱防撞性能,采用数值模拟的方法,从船舶撞击速度以及角度2个方面探究钢-UHPC组合式防撞浮箱对削减桥墩受到撞击力的影响。结果表明:1)钢-UHPC组合式防撞装置具有良好的削减撞击力的能力,大约在30%~40%;2)该防撞装置对撞击力的削减在正撞下随速度增加而增强,在20°斜撞下随速度增加而减弱,但都能达到30%以上;3)大角度撞击下防撞装置对撞击力的削减效果十分明显,主要是由于该装置具有较好拨转船头效果。钢-UHPC组合式防撞浮箱在实际应用中具备良好的防撞性能,可起到保护桥墩、防止桥墩破坏的作用。

高速冲击加载下碳纤维复合材料层合结构抗侵彻特性及响应机理

碳纤维复合材料层合结构在高冲击服役环境中常遭受外来物体冲击作用,使之出现一些不可预测的各种损伤形式,甚至会出现不可控的损伤模式。为确保这些结构的安全性和可靠性,对碳纤维复合材料层合结构抗冲击响应及防护机理展开了研究。以碳纤维复合材料层合结构作为研究对象,基于一级轻气炮构建高速冲击加载试验装置,探明了碳纤维复合材料层合结构能量吸收特性与冲击能量之间的联系规律,结合弹道极限方程,确定了其弹道极限,并明确了不同冲击速度作用下的损伤模式。同时引入内聚力单元进行数值模拟仿真研究,探明了碳纤维复合材料层合结构层与层之间内聚力单元的损伤模式,揭示了其在高速冲击加载环境下的损伤机制。研究结果为反向设计适用于高速冲击加载环境复合材料层合结构提供理论依据。

横向冲击载荷下齿形双螺母防松性能

针对螺栓连接结构在舰船爆炸冲击中容易发生松动的现象,设计了一种齿形双螺母的防松结构。利用局部滑移理论分析齿形双螺母的防松原理,采用有限元仿真法,通过预紧力和微滑移的变化量对其防松性能进行分析,并研究了齿形双螺母防松性能的影响因素及其影响规律。研究结果表明:横向冲击载荷下,齿形双螺母预紧力下降慢,微滑移变化小,具有较好的防松性能;当楔形角与螺纹升角相同时,防松效果最差;楔形角越大,齿形数量越多,齿形双螺母的防松效果越好。

喷涂聚脲弹性体及复合结构抗爆抗冲击性能研究进展

防护结构的抗爆抗冲击性能是生命安全的重要保障,材料和结构是提高防护性能的2种主要途径。喷涂聚脲弹性体凭借良好的力学性能和耗能特性被广泛运用于抗爆抗冲击防护领域。从喷涂聚脲弹性体的抗冲击性能出发,介绍了不同试验方法下喷涂聚脲弹性体优异的爆炸冲击防护性能,分析喷涂聚脲弹性体在不同应变率和环境下良好的适应性,发现涂层厚度和涂层构造会对材料抗冲击性能产生影响;从材料微观层面以及阻抗失配的角度综述了喷涂聚脲弹性体的抗冲击机理,最后阐述了抗冲击复合结构的耗能机理以及优化方法,指出了喷涂聚脲弹性体以及复合结构尚存在的部分问题以及发展方向。

超高性能混凝土动态压缩试验与损伤分析

为探究超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)在动态压缩下的损伤特性,该文利用霍普金森压杆装置研究了不同应变率(52~368 s-1)下的动态压缩力学性能,并基于数字图像相关技术对试件的破坏过程进行分析。结果表明:在冲击荷载下,UHPC试件破坏后,仍能保持完整;UHPC动态抗压强度和韧性表现出明显的应变率敏感性;随着应变率的增加,钢纤维能够更好地吸收冲击能量并抑制临界应变的增大;裂缝发展受应变率影响较大,裂缝最终宽度随应变率的增加不断增加,低应变率下裂缝最终宽度并非其最大宽度。该研究可为UHPC服役性能和损伤评估提供理论支撑。

钢纤维增强混凝土动态力学性能及HJC本构模型参数标定

探讨了不同体积掺量钢纤维和镀铜钢纤维对混凝土动态力学性能的影响,以及标定本构模型参数对钢纤维混凝土和镀铜钢纤维混凝土的适用性。在高强混凝土中掺加0.5%、1%、1.5%体积掺量的钢纤维制备7组试件,分别进行静态力学性能试验和分离式霍普金森压杆试验(SHPB),基于静态、动态力学结果修正Holmquist-JohnsonCook(HJC)本构模型参数,并利用有限元分析软件验证HJC模型参数的有效性。结果表明,在0.5%、1%、1.5%体积掺量下,混凝土动态峰值抗压强度随纤维掺量的增加而提高。标定的HJC模型对钢纤维混凝土的动态峰值抗压强度预测效果良好,模拟得到的应力-应变曲线与SHPB试验结果大致吻合。以侵蚀准则模拟得到动态冲击试验试件破坏过程,为钢纤维混凝土的抗冲击设计提供参考。

重载变速冲击工况下MoDDP/CaB复合润滑油添加剂的润滑性能

为解决机械设备在恶劣工况下由润滑失效而导致的设备故障甚至安全生产事故问题,进一步提升机械设备的运行稳定性和安全性,研究纳米硼酸钙(CaB)和二烷基二硫代磷酸钼(MoDDP)单一润滑油添加剂和复合润滑油添加剂的减摩抗磨效果,并探究其润滑作用机制。研究结果表明,重载、变速、冲击工况条件下1.5 wt.%MoDDP/3.0 wt.%CaB复合润滑油添加剂具有良好的减摩抗磨效果,与基础油相比,在不同转速下可最大降低65.1%的摩擦因数和80%的磨痕深度,施加50 N冲击载荷时,可分别降低66.7%的摩擦因数和76.5%的磨痕深度。MoDDP/CaB复合润滑油添加剂在润滑过程中能生成包含C-C、Fe_(2)O_(3)、FeB和MoS_(2)的金属化合物层,添加剂中的CaB和MoDDP能够相互促进彼此反应,增加FeB/MoS_(2)润滑膜的生成量,对比单一的添加剂和基础油,复合添加剂具有更好的自修复性能和协同功效,形成具有高承载力的润滑油膜,提高了复合润滑油的抗磨减摩性能。MoDDP/CaB复合润滑油添加剂的制备可以充分综合利用抗氧化剂与极压耐磨剂的稳定、优异润滑特性,研究结果可为复合添加剂的广泛应用提供数据支持和理论支撑。

基于三维负泊松比蜂窝结构的防冲支架性能研究

提出一种应用于支架顶梁上方的吸能缓冲装置,该缓冲装置采用轻质、吸能量高的负泊松比材料,旨在将冲击地压带来的能量快速让位、缓冲吸收。对缓冲装置的构型进行设计并进行准静态压缩仿真;对缓冲装置施加低速、中速、高速进行抗冲击特性研究。结果表明:胞元角度为θ=70°的胞元具有良好的负泊松比效应、更长的压缩行程、更高的吸能量,适宜于做缓冲结构的胞元结构。对缓冲结构施加不同的速度,得到随着冲击速度的增大,缓冲结构的比吸能越大。

低速碰撞下防撞梁的冲击响应分析

低速碰撞工况下防撞梁冲击响应的分析对于改善汽车防撞梁的安全性能具有重要意义。文章以某款汽车防撞梁为研究对象,对其开展了落锤试验,从碰撞力、侵入量以及吸能特性等几个方面对试验结果进行分析。结果发现该防撞梁至少吸收了六成的能量,且未发生断裂,能够起到较好的吸能作用。此外,还总结了性能参数之间的影响规律,即侵入量增加,碰撞力增加,能量增加;侵入量减小,碰撞力减小,能量减小,为后期防撞梁系统的设计与改进提供一定的数据指导。

纤维复合材料-钢组合柱侧向冲击试验和有限元仿真分析

考虑不同冲击能量对玻璃纤维复合材料(GFRP)-钢组合柱进行落锤冲击试验,并与空钢管的冲击性能进行对比。研究表明:包裹2.7 mm厚GFRP能有效地降低钢管的冲击作用,与未包裹GFRP的钢管相比冲击力峰值降低了11%~22%,并在一定程度上降低了冲击点的位移。GFRP包裹钢管局部冲击损伤比钢管试件有明显改善。建立三维有限元模型,采用刚体模型模拟锤头,弹塑性模型模拟GFRP和钢管,模拟组合柱的冲击响应,冲击力试验值与模拟值吻合较好。

基于损伤性能的钢护筒复合桩抗撞设计方法

为确保桥梁碰撞事件中的桩基安全,基于经试验验证的有限元模型,分析了不同钢护筒长度和碰撞工况下的桩基损伤状态。研究发现,同等碰撞工况下,增加钢护筒长度有利于减轻桩基损伤,且钢护筒满足最优长度后损伤程度最轻。桩顶峰值位移可表征基桩损伤严重程度,桩顶峰值位移越大,基桩受撞损伤程度越重。据此,提出基于桩顶相对位移的损伤指标。该指标不仅可以量化基桩受撞损伤程度,还有效规避了桩基尺寸参数的影响。以该损伤指标为性能水平参数,可有效对应按损伤状态划分的四级抗撞性能水平,即正常使用、修复使用、生命安全和预防倒塌。在此基础上,提出了基于损伤性能的钢护筒复合桩抗撞设计方法,并阐述了具体步骤。

API 5L X56管中管横向冲击性能的数值研究

随着海洋石油行业的蓬勃发展,油气田开发不断向深海发展,对海底管道性能的要求也不断提高。管中管具有良好的保温性能而逐渐得到应用;为系统地研究管中管结构的横向抗冲击性能,采用非线性有限元程序建立了数值模型,并与试验数据进行验证。参数化研究发现,一定冲击能量下,聚氨酯泡沫所吸收的能量与管中管的内管和外管所吸收能量的总和相比所占比重较小;随管中管壁厚和钢材等级的提高,管道的局部凹陷程度降低,海底管中管抵抗冲击变形的能力越强;随管中管悬跨长度增加,管中管跨中截面的残余位移逐渐增大,而横截面残余变形和局部凹陷深度逐渐减小,整体弯曲变形所占的比重逐渐增加,局部凹陷所占的比重有所减小。

基于DDAM的套筒式液压联轴器抗冲击性能及影响因素分析

本文基于DDAM法建立某型套筒式液压联轴器抗冲击数值模型,通过对不同冲击载荷下主要部件的抗冲击响应分析,完成了液压联轴器的抗冲击性能评估。在此基础上,开展液压联轴器抗冲击性能影响因素研究,分析联轴器相对布置位置、轴段长径比、轴段与联轴器重量比以及轴段端面约束方式对液压联轴器抗冲击性能的影响规律。通过正交实验,分析了上述4种因素对液压联轴器抗冲击性能的影响程度。研究结果表明,垂向冲击载荷作用下液压联轴器各部件产生的冲击响应最大。在不同方向冲击载荷作用下内套产生的冲击应力最大,表明内套是液压联轴器抗冲击性能最敏感部件。相比于固定约束边界条件,通过弹簧模拟油膜刚度的轴段端面约束边界条件将导致液压联轴器应力增大。此外,连接轴段重量和液压联轴器相对布置位置对其冲击应力计算结果影响明显,整体质量越大、液压联轴器布置越靠近两轴段中间位置将使得冲击应力值增大。

国内外抗熔融金属防护服抗熔融金属性能标准对比及分析

分析和对比国内外有关焊接防护服面料和防熔融金属飞溅织物标准中的抗熔融金属冲击和抗熔融金属飞溅性能指标,旨在为提升国内抗熔融金属防护服的质量、检测标准等提供理论依据。

导向蜂窝式防爬器吸能特性的试验研究

中间防爬器是安装于列车各车厢连接位置界面的被动安全防护装置,用于吸收意外碰撞事故中的冲击能量。为验证所研制的某型列车中间防爬器是否满足轨道车辆装车的严苛性能要求,根据《EN15227:铁路应用-铁路车辆车体的耐碰撞性要求》的标准要求,对导向蜂窝式防爬器产品样件的结构性能及吸能性能进行系统的试验研究。研究结果表明,该导向蜂窝式防爬器产品满足垂向承载性能测试、静压测试、撞击刚性墙、错位40 mm对撞测试等性能要求。

肇云大桥船撞概率风险及抗撞性能评估

肇云大桥为主跨738 m双塔双吊悬索桥,为评估桥墩结构抗撞性能是否满足要求,根据实际通航船舶现状,采用概率风险分析法确定设防代表船型为5000 t级船舶,通过有限元建模实现强迫振动法,得到船撞桥的撞击力动力响应,基于理想弹塑性模型,计算桥墩的等效屈服弯矩。结果表明:桥梁抗撞性能满足规范要求,桥墩构件最小安全储备系数为1.22,桥梁失效概率满足船撞作用设防水准L2级。

不同洪水重现期下橡胶坝坝基防渗抗冲技术

为了有效治理洪水灾害,防止溃坝灾害事件的发生,提出不同洪水重现期下橡胶坝坝基防渗抗冲技术研究。依据洪水重现期,将洪水类型划分为一般洪水、较大洪水、大洪水与特大洪水,应用HLM算法估计不同洪水重现期分布参数,构建橡胶坝坝基渗流模型,采用帷幕灌浆方式提升坝基防渗系数,通过振冲加固法提升坝基抗冲系数,即实现橡胶坝坝基的防渗抗冲。实验结果表明,在不同重现期背景下,所提出技术坝基防渗系数与抗冲系数均大于给定最低限值,充分证实所提出技术防渗抗冲性能较佳。

聚丙烯纤维混凝土性能的试验研究

结合水电工程对聚丙烯纤维混凝土的基本性能进行试验研究 ,结果表明 ,在混凝土中掺入一定量的聚丙烯纤维是克服混凝土开裂的有效途径 .纤维在混凝土中所形成的乱向支撑体系 ,产生一种有效的二级加强效果 ,能较大幅度提高混凝土的抗裂性能 ,改善混凝土的抗渗、抗冲击及耐磨性能等 .在水工混凝土中掺加一定量的聚丙烯纤维可以有效地提高混凝土的整体性能 .

钢筋混凝土梁抗冲击性能研究的细观数值模拟方法

为更真实地描述钢筋混凝土梁在冲击荷载作用下复杂的破坏过程,结合混凝土细观结构非均质性,假定混凝土是由骨料颗粒、砂浆基质以及界面过渡区(ITZ)组成的三相复合材料,考虑混凝土细观组分的率效应,将钢筋网嵌入至素混凝土梁,建立了钢筋混凝土梁抗冲击力学行为研究的三维细观尺度数值模型。基于该数值分析模型与方法,研究了落锤速度对钢筋混凝土梁抗冲击性能的影响规律。将细观数值模拟结果与宏观模型结果以及已有试验结果进行了对比分析,包括破坏模式、冲击力、跨中位移以及支座反力等,发现模拟结果与试验结果吻合良好,验证了细观数值分析模型在钢筋混凝土梁抗冲击性能模拟中运用的可行性。

舰船用钢的抗弹道冲击性能研究进展

对我国舰船用钢抗弹道冲击性能的研究情况及主要成果进行了总结和评述。概括了舰船在战争中所面临的主要威胁,描述了我国舰船用钢的发展历程,论述了材料的动态本构模型的重要性,提出了获取手段和使用要求。回顾了重要的侵彻深度、弹道极限和剩余速度的经验公式,并指出了它们的局限性和使用方法。详细研究了靶板的破坏模式、特点及尖头弹和钝头弹在侵彻机理上的差异,并提出了建立模型的具体步骤。总结了试验研究的主要方向,指出了其重要意义;分析了各种研究方法间的相互联系。最终提出了在研究舰船用钢的抗侵彻性能和设计舰船装甲防护方案时的五步法。