轮船-桥墩碰撞简化荷载模型

目前各国桥梁设计规范普遍将船舶撞击力处理为等效静力,忽略了冲击荷载引起的结构动力效应,为建立更加合理的实用荷载模型,建立了5艘轮船的有限元模型,采用正撞刚性墙模型,通过数值仿真获得了45条不同撞击速度下的撞击力时程样本。提出采用修正半波正弦函数近似描述撞击力样本过程,通过数理统计确定了模型的实用参数。最后,以一座连续梁桥为例进行了接触碰撞反应分析与撞击力时程反应分析,并将修正半波正弦荷载模型的响应求解误差分为3类,分别讨论了3种误差对结构响应误差的贡献大小。算例分析结果表明,建立的轮船修正半波正弦荷载模型具有良好的求解精度,具有很好的工程实用价值。

冲击荷载作用下的路基动力反算

根据半正弦波圆形刚性垂直分布冲击荷载作用下弹性半空间表面竖向位移的动力响应解析解,通过合理提取PFWD实测的压力和位移的时程数据,建立了基于最小二乘准则的路基动力反算数学模型,并采用修正的Gauss-Newton算法提出了相应的反算方法。实际反算表明,将压力时程拟合为半正弦波可获得冲击荷载作用的角速度和不应期2个反算参数,据此通过位移时程曲线拟合可获得动模量和动密度2个路基动力参数。动静反算对比表明,PFWD实测的动、静模量基本一致,而动密度与灌砂法实测干密度和含水率之间具有良好的相关性。因此,PFWD可同时检测路基设计指标(模量)和施工指标(压实度),实现二者统一评价。

船-冰碰撞载荷时间历程的模型试验研究

船-冰碰撞载荷是极地船舶船体外板结构强度的设计载荷,但目前的极地船级规范中尚未涉及船-冰碰撞载荷的时变特征。以我国新一代极地科考船为原型开展室内冰水池物理模型试验,对船首与浮冰的碰撞过程进行模拟;试验测试以主拖车拖曳船模撞击浮冰的方式进行,碰撞过程中船体所受冰载荷由布置在船首表面的触觉传感器测得。试验发现:船-冰碰撞过程中的整体冰载荷沿船体外板的作用呈现出近抛物线的轨迹,同时,载荷经历了先上升、后下降的完整过程,最大载荷作用时刻出现在冰体最大下压弯曲变形时刻;此外,最大载荷出现的水平位置集中在1/4船宽附近,相应局部碰撞载荷的时程曲线特征以‘单峰’型形态为主。

基于ARX模型的复合材料加筋板结构冲击载荷时程重建

发展一种基于ARX模型的冲击载荷时程重建方法,用于识别作用在复合材料结构上的冲击载荷时间历程,为复杂结构冲击载荷识别问题的解决提供有效途径。建立复合材料加筋板结构冲击载荷实验,首先对完成网格划分的复合材料加筋板结构进行冲击载荷训练,实现系统辨识,得到结构的ARX模型;然后推导逆向ARX模型的输入输出关系,通过逆向传递函数矩阵集合描述复合材料加筋板结构,结合等参单元理论,基于传感器信号重建复合材料加筋板结构的冲击载荷时间历程。研究结果表明,所提方法能够在线有效地重建作用在复合材料加筋板结构上的冲击载荷时间历程。

滑移爆轰载荷作用下复板承受的冲击压力的数值计算

爆炸载荷作用下复板运动规律的研究对于炸药爆炸所产生的冲击压力在复板上的时程分布的数值计算是十分重要的,以普朗特-梅耶(Prandtl-Meyer)的绕流理论来描述爆炸产物的侧向飞散过程,而且在炸药滑移爆轰作用下复板的弯曲对爆炸产物的稀疏作用也可以用普朗特—梅耶(Prandtl-Meyer)的绕流理论来描述,也就是采用爆炸产物的侧向飞散(P-M)和复板弯曲的稀疏作用(P-M)两种运动的综合数学推演来比较准确的表达爆炸产物的真实运动状态,进而推导出了描述复板运动规律的近似计算方法—twin P-M法。通过实例计算分析,表明这一方法能较有效地计算炸药所产生的时程爆轰压力在复板上的分布状态和复板的运动规律,为爆炸焊接参数计算提供比较精确的计算参数依据。

轴向冲击荷载作用下钢管混凝土短柱的试验研究

采用落锤式冲击试验机进行了42根钢管混凝土试件的抗冲击性能试验研究,通过测量试件的应变时程曲线和冲击力时程曲线,分析其抗冲击动力特性。试件在产生压缩变形的同时,其表面中下部多处出现局部鼓曲现象,钢管与内部混凝土之间产生相对侧移;在相同冲击荷载作用下,随着钢管壁厚增大,试件表面应变减小,钢管约束混凝土变形的效果显著;在低速冲击范围内试件所受冲击力峰值变化不大。试件破坏形态和实测结果表明,钢管混凝土具有良好的抗冲击力学性能,即具有较高的强度和屈服后承载能力,以及良好的塑性变形能力。

石油钻机井架的冲击响应分析

对钻机井架受纵向冲击和正常工作阶段受周期性持续载荷的响应作了分析,依据JJ300/43—A形井架的实际工况,运用时间历程分析方法,对井架顶端节点施加2次冲击载荷作用,其余冲击皆为零。分析结果认为,在瞬时冲击载荷下,位移在很短的时间内具有一定的波动性,随着时间间隔的变化,波动的幅度各不相同;在严重的冲击载荷作用下,井架顶部Z方向响应最为强烈,危险时位移可达24.5cm。

时程稳定性系数确定的边坡逐孔起爆孔间微差降振时间

为了获得边坡逐孔爆破最佳降振微差时间,以某个实际边坡逐孔微差爆破施工现场为原型,先利用ANSYS建立二维静态模型,借助有限元折减法确定自然状态下的潜在滑动面和静态安全系数;基于已确定的二维潜在滑动面重新建立同尺寸同性质的三维逐孔微差爆破动态模型,利用LS-DYAN进行动力分析,整个过程分别设置同排3个炮孔0、17、25、42和65 ms等5种不同孔间微差起爆方式;同时,对该施工现场进行排、孔间(25 ms,17 ms)、(25 ms,25 ms)、(25 ms,42 ms)、(25 ms,65 ms)等4种微差时间控制的等比例相似小炮测振实验。提取模拟结果中3个炮孔同时起爆时滑面单元的应力数值代入极限平衡法计算公式,绘制了冲击载荷作用下边坡稳定性系数曲线,通过对曲线的理论分析发现,最佳降振微差时间约为48 ms;而三维数值模拟和测振实验结果均显示,孔间微差时间取42 ms时降振效果较佳。这说明,边坡稳定性系数曲线给出的微差时间与模拟和实验结果较为接近,可为今后边坡逐孔微差爆破降振研究提供参考。

冲击载荷识别的瞬态统计能量分析方法

提出了一种基于瞬态统计能量分析理论的冲击载荷识别新方法。利用该方法,首先由系统能量平衡方程确定冲击载荷的作用位置及相应的输入能量,在常值假设条件下根据识别的输入能量反演得到冲击载荷的幅值谱,在此基础上,对于给定的冲击载荷时域波形形式,提出一种参数拟合方法用于最终重建冲击载荷的时间历程。通过一个两板耦合结构系统的冲击载荷识别对识别方法进行了实验验证研究。结果表明冲击载荷识别的瞬态统计能量分析法能够准确地识别冲击载荷的作用位置和输入能量,在冲击波形已知的假设条件下可以较为准确地重建冲击载荷的时间历程,从而为实际工程中的冲击载荷识别提供了一条可行途径。

落石冲击下多种类型土壤缓冲性能研究

针对现有研究对落石灾害中不同类型土壤中落石的最大冲击力和冲击力变化规律偏差较大的情况,对落石在四种土壤中的冲击力进行研究。通过试验验证SPH-FEM方法在冲击力方面的适用性。采用SPH-FEM模型分析落石在四种土壤中的最大冲击力、冲击力时程曲线规律和在砂土中的冲击力时程曲线公式。分析结果表明:SPH-FEM数值模型能够准确用于研究落石在土层中的最大冲击力和冲击力时程曲线。四种土壤的缓冲性能顺序为砂土、黏土、壤土和黄棕壤。研究得到落石在四种土壤中的最大冲击力与落体直径、冲击速度的关系曲线以及在砂土中的冲击力时程曲线公式。

商用飞机撞击刚性墙的荷载时程分析方法

针对商用飞机撞击刚性墙问题开展研究。首先,使用ANSYS/LS-DYNA软件建立了飞机的有限元模型,并对飞机撞击刚性墙的过程进行数值模拟。接着,采用Riera法对飞机撞击力进行理论计算,以验证数值模拟结果的准确性。最后,基于数值模拟结果对传统荷载时程分析方法进行改进,提出了可考虑不同撞击速度的荷载时程曲线调整方法以及加载区域确定方法,并对改进方法的有效性进行分析验证。结果表明:本文所提荷载时程分析改进方法简单有效,能够准确反映不同速度飞机撞击下刚性墙的最大位移响应,适用于重大工程结构的飞机撞击分析。

一种FRP轻便桥的冲击系数研究

分析了影响桥梁冲击系数的相关因素,对一种FRP轻便桥在车辆以不同速度通行时的动态响应进行了动载试验和动力分析。结合FRP轻便桥的动态试验结果和动力分析结果,给出了不同速度下FRP轻便桥的冲击系数参考值。对FRP桥梁的设计有一定参考意义。

450 t钢锭翻身坑基础振动分析

采用有限元计算软件SAP2000对450t钢锭翻身坑基础进行了振动计算,清晰地显示了瞬时巨大冲击荷载引起的振动时程响应。通过对3种翻身坑基础方案计算结果的对比分析,参考《动力机器基础设计规范》的振动控制标准选择了合适的基础方案,达到了减振的目的。

独柱式桥塔在冲击作用下的弹塑性时程分析

建立了独柱式桥塔结构的弹塑性动力学模型,并选择了脉冲荷载对结构进行加载计算。计算结果表明,桥塔结构受冲击作用后,层间残余位移的分布情况与冲击荷载作用位置有关。桥塔各部位的层间位移对冲击荷载的敏感性不同。相比塔的中部,塔的顶部和底部的层间位移对冲击荷载的敏感性更高。

栈桥钢管桩浮冰冲击作用下的有限元分析

本文运用有限元分析软件Midas civil和ANSYS分别建立了栈桥钢管桩的整体及局部有限元模型,分析了在浮冰冲击荷载作用下钢管柱的受力情况,为栈桥检算提供理论依据,同时优化设计方案,保证了栈桥在使用中的安全可靠。

圆钢管再生混凝土构件抗侧向冲击性能试验

为了给钢管混凝土拱桥的设计与施工提供参考,针对钢管混凝土拱桥中可以采用的钢管再生混凝土,考虑再生混凝土粗骨料取代率、落锤高度和轴压荷载等因素的影响,进行了侧向冲击荷载作用下两端嵌固圆钢管再生混凝土构件的试验研究。考察了再生混凝土粗骨料取代率、量纲一的初始动能和轴压比对圆钢管再生混凝土构件抗侧向冲击性能的影响,并比较其与圆钢管普通混凝土构件的差异。研究结果表明:侧向冲击荷载作用下圆钢管再生混凝土构件具有较好的力学性能;试件的最终形状呈"V"字形,且跨中残余位移随量纲一的初始动能的增加而显著增大。

飞机起落架载荷谱实测与编制方法

飞机起落架载荷谱实测时,应变计粘贴位置的选择是载荷谱实测的基础,然而起落架结构复杂,可供选择粘贴应变计的位置十分有限,因此研究并给出了起落架载荷谱实测时选择的典型测试切面,以为其他起落架载荷谱实测提供重要参考。根据实测载荷-时间历程,依据起落架受力特点对其进行了典型任务段的划分,分别对各个任务段进行载荷谱的编制。针对某些起落架着陆接地撞击后存在弹跳离地并再一次接地着陆,且其航向载荷的最大峰值有可能在第2次着陆接地撞击过程中产生的情况,本文给出了起落架着陆撞击段载荷谱编制的一种新方法:编谱时对其着陆撞击次序进行了变换。这种新方法既便于着陆撞击段分析及3向载荷之间关系的统计,又能保证载荷对结构的损伤基本不变,大大提高了编制载荷谱效率。

商用飞机撞击钢筋混凝土结构安全壳筒身的最不利部位数值分析

为了抵御外部事件,核电站厂房外墙通常设计为钢筋混凝土结构。基于荷载时程分析法,运用经典的显式非线性动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,对波音707-320型号商用飞机撞击某钢筋混凝土结构安全壳筒身的最不利部位进行筛选分析,并对最不利撞击部位受到撞击情况下的冲击响应予以分析。计算结果表明,对于此安全壳结构,距离地面35 m处是其最不利撞击部位,并且即使在筒身最不利撞击部位受到冲击作用下,像波音707-320型号的商用飞机对该安全壳的整体稳定影响是较小的。

在建斜拉桥在冲击荷载作用下的动力响应研究

某在建斜拉桥在悬浇主跨最后一个主梁节段时,发生了斜拉索脆断的偶然事故,形成的冲击荷载引起斜拉桥的剧烈振动。用有限元方法对这一过程进行了非线性数值分析,计算了结构内力和位移的时程响应,动力分析结果表明,斜拉索脆断引起的结构振动对结构安全没有构成威胁。