Effect of Shock Wave on Fabricated Anti-Blast Wall and Distribution Law Around the Wall Under Near Surface Explosion

The loads of shock wave effect on fabricated anti-blast wail and distribution law around the wall were investigated by using near surface explosion test method and FEM. The pressure-time histories and variety law on the foreside and backside of the anti-blast wall were adopted in the tests of variety of different explosion distances and dynamites, as well as in the comparison between the test and numerical calculation. The test results show that the loads of shock wave effect on the anti-blast wall were es- sen-tially consistent with calculation results using criterion under surface explosion when explosion dis- tances exceed 2 m, the distribution of overpressure behind wall was gained according to variety law based on small-large-small. It is also demonstrated that the peak overpressure behind wall had com- monly appeared in wall height by 1.5--2.5 multiples, and the peak overpressures of protective building behind wall could be reduced effectively by using the fabricated anti-blast wall.

L型隔板弧形双钢板组合墙板抗爆性能试验与数值研究

弧形双钢板混凝土组合墙板结构具有和拱结构相同的传力机理,可以充分发挥混凝土优异的抗压性能,极大地提高了结构的承载力。该文开展了L型隔板弧形双钢板混凝土组合墙板(L-shaped-Curved Double Steel Concrete Composite Wallboard,L-CDSCW)在近场爆炸作用下的试验研究,通过混凝土的损伤分析和结构变形分析探究其抗爆性能。基于ANSYS/LS-DYNA软件进行了L-CDSCW试件爆炸响应的数值分析,参数化分析了不同关键参数对L-CDSCW试件抗爆性能的影响规律。结果表明:近场爆炸作用下,L-CDSCW试件未出现倒塌或崩塌现象,具有较强的抗爆性能;增加钢板厚度可以减小混凝土跨中凹陷深度和混凝土塑性破坏;增加TNT当量和降低爆距会显著增加底部钢板跨中最大挠度,同时也会增加混凝土跨中凹陷深度和混凝土损伤。研究结果可以为弧形双钢板混凝土组合板的应用提供一定的技术参考。

近场爆炸下波纹双钢板混凝土组合墙板的损伤破坏及抗爆性能

相对于传统的钢筋混凝土墙板和平面双钢板-混凝土组合墙板(profiled double-skin composite wall,PDSCW),波纹双钢板-混凝土组合墙板(concrete-infilled double steel corrugatedplate wall,CDSCW)具有更高的轴向抗压承载力、更大的侧向抗弯刚度以及良好的抗冲击和抗震性能,在船舶和军事领域有广阔的应用前景。制作2种CDSCW试件,通过近场爆炸试验对比分析了2种试件的损伤模式及动态响应;采用ANSYS/LS-DYNA软件建立了CDSCW和PDSCW的有限元模型,研究了近场爆炸下2种混凝土组合墙板的损伤机理和爆炸响应,并与试验结果进行对比分析;分析了混凝土厚度、钢板厚度、药量对CDSCW抗爆性能的影响。结果表明:近场爆炸作用下,相较于PDSCW,相同混凝土方量和尺寸(长、宽)的CDSCW具有更大的抗弯刚度、更强的抗变形能力以及更优的抗爆性能;增加波纹深度能有效提高CDSCW的抗爆性能,可为抗爆构件设计和相关工程研究提供参考。

栓钉型弧形双钢板混凝土组合板的抗爆性能试验与数值分析

弧形双钢板混凝土组合结构由钢板、混凝土与连接件协同作用,具有更优异的抗震和抗爆性能,被应用于超高层结构、海洋平台和核电设施中。利用试验和数值分析方法研究了栓钉型弧形双钢板混凝土组合结构的破坏模式和损伤机理,参数化分析了爆炸距离、钢板厚度、拱高和栓钉间距对其抗爆性能的影响。结果表明:在爆炸荷载下,栓钉型弧形双钢板混凝土组合板整体表现良好,仍具有较高的承载能力。增加爆炸距离和钢板厚度能有效减小混凝土的损伤和组合板的跨中挠度;减小拱高,混凝土损伤区域从以压缩破坏为主逐渐转换为以拉伸破坏为主,混凝土损伤更严重,组合板跨中挠度变大;减小栓钉间距会增大混凝土塑性损伤程度,但组合板的跨中挠度减小。研究结果可为弧形双钢板混凝土组合结构的设计提供参考。

带剪切销抗爆容器定向泄压特性研究

为优化机载抗爆容器的结构设计并拓展其工程应用,研究了带剪切销抗爆容器的定向泄压特性。利用LS-DYNA软件建立了内爆载荷下带剪切销抗爆容器的数值模型,开展了容器内爆试验,获得了剪切销临界直径,并验证了模型可靠性,阐明了抗爆容器内冲击波的传播与载荷分布规律,分析并讨论了泄压过程中泄压盖的运动规律,建立了不同泄压盖质量下药量与剪切销直径之间的函数关系,探究了剪切销的临界断裂问题。结果表明:100 g TNT内爆试验得到剪切销临界直径为22 mm,TNT爆炸后冲击波在容器内往复式传播,约3.8 ms时泄压盖冲出容器,5.0 ms时容器底部残存压力约为0.5 MPa;容器底部超压峰值约为144 MPa,罐体与泄压盖交汇形成的角隅处超压峰值约为149 MPa,且罐体在角隅处产生应变增长效应,角隅处成为新的危险点。剪切销的变形断裂过程会影响泄压盖的运动规律,导致泄压盖速度曲线中出现下降段,剪切销直径越大,下降段持续时间越长。TNT药量与剪切销临界直径呈正比,二者的线性关系不受泄压盖质量的影响。

梯度多胞材料的动态力学性能分析与设计研究综述

多胞材料是一种内部含有大量空穴和胞元的结构,具有轻质、高比吸能等特性,广泛应用于航空航天、交通运输和人体防护等碰撞/爆炸防护领域。引入梯度设计可实现多胞材料的有序耗能和载荷调控,满足不同情形和工况下的防护需求。对梯度多胞材料动态力学行为和设计的研究进展进行了综述,着重介绍了梯度多胞材料/结构在抗冲击、抗爆炸和模拟爆炸载荷加载3个方面的应用案例。首先,介绍了梯度多胞材料的分类,较系统地总结了梯度多胞材料在动态加载下的变形特征、冲击波模型、防护性能等方面的研究,阐明了梯度多胞材料的密度/强度梯度与惯性效应存在的竞争机制。其次,以冲击波模型为力学原理指导梯度多胞材料/结构设计,介绍了梯度多胞材料耐撞性反向设计、多种抗爆炸夹芯结构设计、计及弹靶耦合效应的爆炸载荷模拟器设计等策略,实现了最佳防护效果或载荷精准控制,为抗冲击/抗爆炸防护设计和快速评估提供理论基础和技术支撑。最后,展望了梯度多胞材料在极端环境加载、大能量冲击和强非线性载荷调控等需求下冲击防护领域的应用前景。

钢-混凝土-钢组合板爆炸冲击响应分析

基于钢-混凝土-钢(SCS)组合板爆炸试验,采用LS-DYNA显示动力分析程序对其抗爆性能进行数值模拟。通过与试验的对比验证了模型的可靠性,采用该模型分析了比例距离、混凝土厚长比、钢板厚度以及混凝土强度变化对SCS板动态响应的影响。结果表明,该有限元模型能够有效模拟SCS板在爆炸荷载下的动态响应过程;随着比例距离的减小,SCS板跨中位移逐渐增大,并由弹性变形转变为塑性变形;增加混凝土厚长比和钢板厚度能够有效降低SCS板跨中位移,而混凝土强度变化不会对SCS板抗爆性能产生显著影响。

不同方案钢板混凝土防爆墙的抗爆性能分析

减小爆炸破坏的有效方法是在爆炸点与建筑物之间设置一道防爆墙。采用LS-DYNA软件借助已有文献推荐的方法建立数值分析模型。研究了不同药量爆炸荷载下钢筋混凝土防爆墙(RCBW)的破坏过程。提出了4种不同方案的钢板混凝土防爆墙并对其抗爆性能进行分析、排序。最后,利用RC框架作为防护对象,分析不同钢板混凝土防爆墙的防爆效果。结果表明:爆炸荷载下钢筋混凝土防爆墙的破坏过程分为3个阶段,处于第3阶段的钢筋混凝土防爆墙发生严重的破坏。相比较于钢筋混凝土防爆墙,4种不同方案的钢板混凝土防爆墙的抗爆性能均有明显的提高,其中双面钢板混凝土防爆墙的防爆效果最好。爆炸荷载下,经双面钢板混凝土防爆墙防护后的RC框架柱没有发生任何破坏,而经其他3种方案防护的框架柱均有一定程度的塑性损伤。

大采高回撤通道“高+低位”断顶爆破实践

大采高冲击地压工作面末采期间面临的冲击地压风险极高,为了解决此类工作面的冲击地压防治难题,针对纳林河二号矿大采高工作面末采阶段顶板的处置问题,从覆岩冲击层位应力阻断和正面保护回撤通道的角度出发进行爆破方案的设计、对比及优化,初步证实“高+低位”具有2个方面明显的技术优势。一是爆破对覆岩的致裂破碎方面,串联一次起爆增强了爆破致裂的效果和对爆破区域块体的破碎作用,与此同时该区域的应力变化梯度Δσ显著降低,更好的起到阻断高应力传递的作用;二是爆破覆盖的尺度方面,实现全层位的应力阻断,避免了卸压盲区。在此基础上,末采阶段工作面压力峰值分布范围、集中程度明显减小,同时末采阶段液压支架阻力正态分布中均值、标准差均减小,且10%~37%应力计不同程度出现卸荷状态,证实“高+低位”爆破对末采阶段、回撤通道及孤立煤体形成了正面保护作用。

舰船抗爆抗冲击技术体系探析

舰船抗爆和抗冲击技术概念宏观,内涵广泛,对其认识理解、设计研究都需要技术体系的顶层划分和牵引。首先,基于武器攻击对舰船的爆炸毁伤类型,对舰船抗爆与抗冲击这两个概念进行划分;然后,基于舰船总体抗爆抗冲击设计技术需求,区分不同的研究对象及技术的基础理论,提出包含6大类型的舰船抗爆抗冲击技术体系的划分方案,即水上/水下防护结构设计、新型抗爆结构与毁伤分析、设备系统及人员抗冲击、舰船抗爆抗冲击试验验证及技术标准规范;最后,分别对舰船抗爆和抗冲击技术内涵进行详细阐述。所做研究可为我国舰船抗爆抗冲击技术体系的形成提供一个初步构想,供从事舰船抗爆抗冲击设计、研究及管理人员参考。

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。

力学与声学超材料在船舶工程中的应用研究综述

海洋环境的复杂性以及兵器攻击中强非线性载荷的作用,使得采用常规材料制造的舰船结构难以满足安全性、隐身性、轻量化和舒适性等综合设计指标要求,而超材料凭借其性能的人工可设计性和性能超颖性,成为解决上述工程需求的有效途径之一。总结近10年来超材料在船舶工程中的理论及应用研究现状,围绕船舶抗爆抗冲击、轻量化、承载和减振降噪等几个方面,重点梳理力学超材料和声学超材料的设计方法与应用研究进展。指出船用超材料的大尺度、高效、低成本制造技术是未来船用超材料应用中亟待突破的方向与瓶颈,船用超材料的高承载性、宽频段带隙设计和低频段带隙设计已成为具有潜力的研究热点。

恐怖袭击下地铁隧道结构爆炸响应与防护对策

探讨了恐怖袭击下地铁隧道结构爆炸响应的研究手段、地铁隧道结构的运动与内力响应、毁伤效应以及恐怖爆炸防护对策.研究发现,管片接头对隧道结构刚度和整体性的弱化效应是导致地铁隧道结构的位移、速度、加速度和主应力响应强于整体现浇隧道结构的根本原因.炸药与隧道结构底部的距离越小,隧道结构的位移响应越明显.炸药当量增大不仅提高了隧道结构的峰值加速度,而且改变了隧道结构拱腰处峰值加速度的方向.地铁隧道恐怖爆炸防护应从降低恐怖爆炸事故发生概率以及降低恐怖爆炸事故危害两个方面进行开展.非对称多爆源同步和非同步起爆工况下的地铁隧道结构爆炸响应研究以及基于数值分析和机器学习算法预测的简明实用设计公式的构建是值得重视的未来研究方向.

爆炸荷载作用下浅埋大跨度地下硐室动力响应研究

为探究不同炸药量的钻地武器爆炸对大跨度地下硐室的动力响应和破坏形态,开展模型试验对浅埋大跨度地下硐室的抗爆性能进行研究,得到了2种爆炸荷载作用下硐室围岩及衬砌结构的应力、加速度、应变和位移变化规律,对比分析了围岩和硐室的破坏形态。利用FLAC 3D有限差分软件对模型试验进行验证,并模拟了地下硐室的破坏过程,共施加5种强度的爆炸荷载,得到了不同强度爆炸作用下大跨度地下硐室的动态响应规律。结果表明:爆炸应力波沿垂直方向的衰减系数大于水平方向,拱顶测点的加速度峰值均远大于底板衬砌测点的加速度峰值,测点位移峰值随着距爆心距离的增大而变小,2台模型最大应变峰值均出现在拱脚部位,随着爆炸药量的增加,所有测点的峰值都呈增长趋势;2台模型均出现了明显的“层裂”现象,炮孔上方形成了塌落区,模型M2围岩中裂纹的数量、宽度和深度较M1有所增加,模型M2硐室的拱顶和拱脚部位出现了明显的纵向裂缝;模型M2衬砌塑性区占衬砌总体积的19.1%,与M1相比,围岩和衬砌塑性区分别增加了18.8%,14.8%,爆压峰值增加到50 Mpa后,硐室基本丧失承载能力;采用长密锚杆对硐室围岩进行加固可提高拱脚的抗变形能力,采用强度较大的衬砌支护可增加硐室稳定性,增加硐室埋深或采取隐蔽伪装等措施可减弱打击强度。

高强抗震塌钢板研制及爆炸试验研究

为获得抗震塌性能优异的高强钢板,通过在实验室试制、现场抗震塌爆炸试验及数值计算的方法,对高强钢板的轧制工艺、热处理方法和混凝土-钢板双层结构的抗震塌效果进行了对比分析。结果表明:当冷速达到30℃/s时,钢板试样组织由单一的马氏体组成。采用双道次压缩工艺,奥氏体再结晶区应控制在1 000℃以上,能够保证轧制过程处于奥氏体再结晶区且充分细化晶粒;对于奥氏体未再结晶区轧制,第二阶段开轧温度控制在880~980℃。910℃保温30 min水淬+600℃保温50 min回火的调质工艺得到了完全的回火索氏体组织,细粒状的渗碳体弥散的分布在铁素体基体中,此时高强钢板具有最优的综合力学性能。采用6 mm厚高强钢板为背板的靶标,混凝土用量减少25%、钢材用量减少25%、变形减小了42 mm且混凝土板的破坏程度、范围也明显减小;说明高强钢板具有更好的抗爆炸震塌效果,抗震塌系数可取为0.196。

松软煤层底板岩层控制爆破诱发煤层增透模拟试验研究

针对松软煤层深孔预裂爆破增透时存在的爆破效果差、裂隙闭合快、增透时效短等问题,开展了底板深孔控制爆破试验研究。通过理论分析,建立了深孔底板爆破力学传播模型,分析了应力波在煤、岩体的传播过程,和控制孔诱导爆破裂隙的定向扩展效应。以淮南矿区C-13煤层为对象,利用相似模拟实验与数值模拟计算研究了有、无控制孔对爆破效果的影响。结果表明,当应力波作用于煤岩交界面时会因煤、岩体波阻抗不同反射形成拉伸应力波,加剧煤岩交界面的损伤程度,而岩体损伤所形成的弱面,引导了爆生应力波向此方向扩展,最终在松软煤体形成损伤裂纹,从而实现了松软煤层底板爆破诱发煤层增透。而控制孔提供的自由面效应会使应力波在控制孔附近发生应力集中,使裂隙朝控制孔方向定向发育。研究成果对松软高瓦斯煤体定向爆破增透有一定的参考意义。

一种自动上料双通道弹簧抛丸强化机

抛丸强化是提高弹簧强度的一种重要手段,设计了一种自动上料的双通道弹簧抛丸强化机,使弹簧自动有序依次进入抛丸室,同时抛丸室内设两套输送通道,有效提高了生产效率。

特长隧道沥青路面抗滑处治措施

针对隧道沥青路面通车运营后抗滑性能下降较快的问题,分析了隧道沥青路面抗滑性能衰减机理及成因,设计了物理涂刷、化学清洗及加铺罩面等5种试验方案,验证修复效果和路用性能影响。结果显示,抛丸处理后沥青路面横向力系数提高了57.6%,路表微观纹理密度提高了26.5%~31.7%。采用CAP封层处治,增加了胎路接触点和轮胎与路面的摩擦力,抗滑性能提升103%,且衰减速度较慢、施工周期短、经济性较好。

自制防闪锈剂的应用研究

自制的防闪锈剂可用于现场水除锈工艺,通过防闪锈剂与铁原子的相互作用在铁基材表面形成钝化/沉淀膜层,有效解决了水除锈工艺引起的闪锈问题。通过实验发现,在25℃、相对湿度为40%、70%、90%条件下,当防闪锈剂的添加量分别对应0.5%、0.8%、1%时,可使钢板24 h不闪锈;一定添加量范围内,防闪锈剂的使用不影响涂层既有的防腐性能。考虑到现场环保要求,委托了第三方检测机构防对防闪锈剂进行了急性经口、急性吸入及危害水生环境物质检测,检测结果分别是无毒级、低毒级和不划为危害水生环境物质。因此,自制的防闪锈剂具有添加量低、防闪锈性能优异、不影响配套涂层防腐性能及低毒环保的特点,具备较好的推广应用前景。

爆炸荷载下UHTCC-FRP格栅加固RC板的数值模拟研究

为研究FRP网格-超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)加固混凝土板的抗爆性能,用显式动力学软件ANSYS/LS-DYNA,建立了混凝土板、炸药、空气的有限元计算模型,对在空爆作用下未加固以及采用FRP网格-UHTCC加固下的混凝土板的跨中峰值位移以及破坏形态进行了数值模拟,并分析了考虑UHTCC厚度、UHTCC强度、网格间距等加固参数对混凝土板的损伤形态和跨中位移的影响。数值结果显示:混凝土板采用FRP网格-UHTCC加固后抗爆性能提升明显,且UHTCC厚度对混凝土板抗爆性能提升尤为显著,因此,如果想运用这种加固技术提高钢筋混凝土板的抗爆性能,应在规范的要求下,优先考虑增大UHTCC厚度。