Energy Transfer Mechanism and Probability Analysis of Submarine Pipe Laterally Impacted by Dropped Objects

Energy transfer ratio is the basic-factor affecting the level of pipe damage during the impact between dropped object and submarine pipe. For the purpose of studying energy transfer and damage mechanism of submarine pipe impacted by dropped objects, series of experiments are designed and carried out. The effective yield strength is deduced to make the quasi-static analysis more reliable, and the normal distribution of energy transfer ratio caused by lateral impact on pipes is presented by statistic analysis of experimental results based on the effective yield strength, which provides experimental and theoretical basis for the risk analysis of submarine pipe system impacted by dropped objects. Failure strains of pipe material are confirmed by comparing experimental results with finite element simulation. In addition, impact contact area and impact time are proved to be the major influence factors of energy transfer by sensitivity analysis of the finite element simulation.

桥墩受侧向撞击作用下静力简化分析方法

为了深入探究钢筋混凝土桥墩受侧向撞击时的静力简化方法,基于桥墩受撞击作用与静力作用下产生的侧向变形效应相等,建立了桥墩弯曲应变能和剪切应变能的计算公式.针对不同截面形式和不同约束条件下的桥墩模型,分别得出了桥墩在正弦、三角形和矩形撞击荷载波形作用下的等效撞击力简化公式,并分析了撞击力峰值和等效值之间的关系.结果表明:当矩形截面桥墩撞击点距墩底距离与截面长度的比值小于3.7,或圆形截面桥墩撞击点距墩底距离与截面半径的比值小于6.2时,需充分考虑桥墩剪切应变能的影响;荷载波形对等效撞击力取值影响较大,当撞击荷载波形接近正弦、三角形和矩形波时,等效撞击力系数的建议值分别为0.64、0.52和0.91.研究结果可为桥墩等效撞击力取值提供参考依据.

舰载飞机着舰撞击载荷实测技术研究

针对国内飞机起落架载荷测量中普遍存在的静标动测问题,从理论和机理上分析了静标定的应变法实测动态载荷存在问题的原因。同时,考虑到舰载飞机因定点着舰方式遭受严重的动态载荷,重点研究了舰载飞机着舰撞击载荷的静标动测问题。通过动态落震试验模拟飞机着舰过程,根据测力平台的实测载荷分析,获取了应变法实测载荷精度受动态影响的程度,提出一种改进的惯性修正方法,即:通过落震试验数据辨识质量矩阵,通过辨识的质量矩阵和实测加速度修正应变法的实测载荷。试验结果表明,改进的惯性修正方法进一步提高了垂向载荷的测量精度,显著提高了航向和侧向载荷的实测精度。

泡沫铝基耗能装置在铁路桥墩防车撞中的应用研究

随着公路、铁路、城市立交桥的大量建设,跨线桥数量剧增,桥墩被汽车撞击的可能性大大增加。因此,针对目前铁路桥墩防车撞防护装置的不足,提出了一款泡沫铝基组合耗能装置的结构型式。该研究结合了静力压缩试验、落锤冲击试验以及有限元数值模拟,研究了防撞装置缓冲材料的物理力学性能及车辆撞击防撞装置的冲击动力学响应。结果表明,泡沫铝-聚氨酯-泡沫铝三层组合结构型式中工况3~4吸能效果最佳,其吸能密度(EA)、比吸能(SEA)以及吸能效率(EEA)值分别为3×10^(3) kJ/m^(3)、12.21 kJ/kg、28.57%。在数值模拟中,无防撞装置工况下,车辆撞击力最大值为5 332.99 kN,桥墩吸收的能量为22.05 kJ,最大应力为124.46 MPa,墩身产生明显损伤;在有防撞装置工况下,车辆撞击力最大值为2 674.41 kN,降低了49.85%;桥墩最大应力为6.96 MPa,降低了94.41%。结果表明该防撞装置组合结构对桥墩起到了良好的防护效果。

三维静载与循环冲击共同作用下组合煤岩体力学特性试验研究

为进一步研究循环冲击载荷下煤岩体的力学特性,以岩-煤-岩结构试样为研究对象,利用改进后霍普金森压杆试验系统,开展三维静载与循环动态冲击试验,研究冲击入射能及围压对岩-煤-岩结构试样的强度、变形及破坏特征的影响。研究结果表明:相同围压下,总循环次数随冲击入射能的增加而逐渐减少;相同入射能下,总冲击次数随围压的增大而增加;相同围压下,平均应变率随着冲击次数、冲击入射能的增加而逐渐增加;相同入射能下,围压9 MPa时应变率较低且前期增长幅值较为缓慢,围压3 MPa时应变率较高且增长速度较快;峰值应力、变形模量随入射能增加而逐渐递增,随冲击次数增加而逐渐递减;相同入射能下,峰值应力及变形模量随围压的增大而增加;相同围压下,峰值应力与应变率呈幂函数递减,变形模量与应变率呈线性函数递减;循环冲击下,煤岩体破碎程度明显高于单次冲击,破坏主体是煤,破坏形式为剪切-拉伸复合破坏,并且具有明显的率相关性,随着冲击入射能的增加或者围压的减少,煤碎块尺寸较小且块数较多。研究结果可为深部煤岩体动力灾害控制提供理论参考。

橡胶粉改性聚乙烯纤维增强水泥基复合材料的静力和抗冲击性能

为研究橡胶粉改性聚乙烯纤维增强水泥基复合材料(PE-ECC)的物理力学性能,对掺入不同粒径橡胶粉的PE-ECC进行静力和抗冲击性能试验。通过分析橡胶粉PE-ECC的弹性模量、泊松比、立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈裂抗拉强度和轴心抗拉强度,探讨不同橡胶粉粒径对PEECC基本力学性能的影响;利用分离式霍普金森压力杆进行橡胶粉PE-ECC的抗冲击性能试验,基于不同应变率下的动态应力-应变曲线,分析应变率对橡胶粉PE-ECC动态增长因子(DIF)、动态压缩强度和动态峰值应变的影响。结果表明:随着橡胶粉的加入,PE-ECC的各项物理力学性能均有一定程度下降;橡胶粉粒径为0.20~0.90 mm时,体积掺量为10%、橡胶粉粒径为0.30 mm的PE-ECC各项力学性能降幅最小,其立方体抗压强度、轴心抗压强度、弹性模量和动态抗压强度相对无橡胶粉PE-ECC分别减小了8.9%、15.6%、10.8%和23.4%;与无橡胶粉PE-ECC类似,橡胶粉PE-ECC的受拉应变硬化特征明显,掺入不同粒径(0.20~0.90 mm)橡胶粉的PE-ECC极限拉应变均稳定在4.6%左右。此外,橡胶粉粒径对PE-ECC动态峰值应变影响很小,随着冲击应变率的提高,橡胶粉PE-ECC的动态增长因子DIF和动态压缩强度呈逐渐增大趋势。

既有铁路货车服役性能研究

对于既有铁路货车服役性能的研究,需更侧重于研究产品的性能,保障货车运行安全,尤其是针对服役中后期,甚至报废前接近或超过设计寿命时期的车辆,在确定其运行性能的基础上,更要关注车辆的承载能力、结构可靠性、疲劳特性及其功能性。基于对国内外铁路货车的运用状态、检修制度、检修模式等情况分析,对铁路货车报废条件、寿命管理相关要求及规定分析研究认为,对车辆进行动力学仿真与线路试验,车体静强度及刚度、冲击、剩余疲劳寿命等进行仿真分析与台架试验是综合判断车辆服役性能的必要手段。了解与掌握货车服役性能及其发展趋势,为降低车辆故障率、保证车辆长寿命可靠性运行,更贴合实际需求为货车安全运用、科学检修、优化设计的后续研究提供技术参考和数据支持。

循环冲击下预加静载岩石损伤破坏机制

为研究深部地下工程高地应力静载与采掘爆破施工等循环扰动耦合作用下岩石的损伤破坏机制,利用自主研发的多应变率动静叠加岩石力学试验系统,开展了不同预加静载(0.45σ_(c)、0.65σ_(c)、0.85σ_(c))叠加循环冲击荷载以及相同预加静载叠加不同频率(0.5、1.0、2.0 Hz)循环冲击荷载的砂岩动静叠加试验。试验结果表明:动静叠加试验中岩石峰值强度小于静载试验,最大变形量大于静载试验,表明动静叠加荷载对岩石损伤具有显著促进作用,且不同动静荷载叠加下岩石强度、变形、破坏等演化规律具有一致性,其中峰值强度、破碎持续时间与预加静载呈线性负相关,与循环冲击频率呈对数正相关;最大应变、裂隙分形维数、碎块分形维数与预加静载呈线性正相关,与循环冲击频率呈对数负相关;不同动静叠加下岩石表面裂隙与碎块粒径分形维数演化趋势基本一致,且前者略大于后者,表明岩石表面及内部裂隙发育的同步性,相比岩石内部三维应力状态,表面更利用裂隙萌生与扩展;不同动静叠加条件下岩样破坏模式发生转变,随着预加静载的增大或冲击频率的减小,破坏模式经历“斜面剪切破坏—竖向拉伸破坏—整体爆裂破坏”的转变,且爆裂破坏位置由底部向整体扩展。为定量表征循环冲击下预加静载岩石损伤机制,结合理论分析与试验数据,建立了综合考虑静载损伤与不同峰值、频率、次数循环冲击损伤以及应变率强化效应的动静叠加损伤因子,进而开展了4组不同参数下的动静叠加试验,理论计算与试验结果对照误差率分别为0.5%、1.8%、0.6%、1.7%,误差均较小;但基于动静叠加损伤因子的理论计算强度均小于试验强度,初步分析这是由于高频循环冲击下损伤发育存在细观滞后性,循环冲击实际产生的累积损伤小于单次冲击损伤的循环次数倍,后期可开展细观测试,探索循环冲击下岩石细观损伤演化规律,进一步完善理论模型。

车底护板刚度和抗冲击性能CAE分析和优化

以某车型车底护板为研究对象,采用CATIA软件建立车底护板实体模型,使用有限元分析软件Hy-perworks对车底护板进行静态载荷和抗冲击性能仿真分析,评估固定方案、加强筋结构以及材料选择等因素的影响,为车底护板结构设计和材料选择提供理论依据。

醴陵陶瓷釉下五彩茶具包装设计

针对醴陵陶瓷釉下五彩茶具易碎的问题,选择黑卡纸作为缓冲包装材料,设计了一种陶瓷茶具缓冲包装结构。通过静态压缩试验和跌落冲击试验测定了缓冲结构的性能,验证了该缓冲结构可实现对醴陵陶瓷釉下五彩茶具的保护。该设计将结构的缓冲功能与展示功能相结合,在实现缓冲性能的基础上附加了销售展示功能。

T800复合材料层压板损伤引入技术研究

本文针对国产T800级碳纤维增强复合材料开展多次低速冲击损伤与准静态压痕损伤及最终剩余强度对比研究,以提出一种高效的复合材料损伤引入方式。首先开展多次冲击及静压痕损伤引入试验,在达到目标凹坑深度时,通过目视观测及超声C扫分析不同损伤引入方式产生损伤的机理及损伤模式;其次,对达到目标凹坑深度的试验件进行压缩剩余强度测试,分析不同损伤引入方式、不同凹坑深度、不同损伤面积与剩余强度之间的关系;通过DIC(Digital Image Correlation)、声发射系统监测对剩余强度试验过程进行监测,确定不同损伤引入方式的试验件在压缩中的损伤演化过程及机理。通过以上研究,最终确定一种高效的损伤引入方式。

面向PyPI生态系统的漏洞影响范围细粒度评估方法

Python语言的开放性和易用性使其成为最常用的编程语言之一.其形成的PyPI生态系统在为开发者提供便利的同时,也成为攻击者进行漏洞攻击的重要目标.在发现Python漏洞之后,如何准确、全面地评估漏洞影响范围是应对Python漏洞的关键.然而当前的Python漏洞影响范围评估方法主要依靠包粒度的依赖关系分析,会产生大量误报;现有的函数粒度的Python程序分析方法由于上下文不敏感等导致存在准确性问题,应用于实际的漏洞影响范围评估也会产生误报.提出一种基于静态分析的面向PyPI生态系统的漏洞影响范围评估方法PyVul++.首先构建PyPI生态系统的索引,然后通过漏洞函数识别发现受漏洞影响的候选包,进一步通过漏洞触发条件验证漏洞包,实现函数粒度的漏洞影响范围评估.PyVul++改进了Python代码函数粒度的调用分析能力,在基于PyCG的测试集上的分析结果优于其他工具(精确率86.71%,召回率83.20%).通过PyVul++对10个Python CVE漏洞进行PyPI生态系统(385855个包)影响范围评估,相比于pip-audit等工具发现了更多漏洞包且降低了误报.此外,在10个Python CVE漏洞影响范围评估实验中,PyVul++新发现了目前PyPI生态系统中仍有11个包存在引用未修复的漏洞函数的安全问题.

微胶囊型自修复碳纤维增强复合材料性能研究

为了分析内嵌环氧树脂基微胶囊的碳纤维增强复合材料(CFRP)的力学性能,开展了材料在准静态载荷条件下力学性能试验研究,对比分析了有、无微胶囊时碳纤维增强复合材料的静态力学性能,详细探究了微胶囊的质量分数对碳纤维增强复合材料的力学性能和自修复性能的影响,分析了材料的拉伸强度,弹性模量,断裂伸长率以及自修复性能情况。在相同冲击能量下,采用落锤法对不同微胶囊含量的层合板进行冲击试验,研究其在冲击载荷作用下的动态力学响应。结果表明,微胶囊具有增韧效果和自修复能力。随着微胶囊质量分数的增加,自修复碳纤维增强复合材料的拉伸强度降低,弹性模量先略微升高后降低,断裂伸长率先降低后升高,但总体变化不大,修复效率随微胶囊含量的增加而升高。在相同冲击能量下,微胶囊含量越大,最大冲击力越小,材料的冲击力-位移曲线斜率越小,抗冲击性能越差。研究结果可以为推动自修复型CFRP材料的实际工程应用和理论研究提供相关参考。

人体脊柱动力学数值仿真分析模型建立及验证

目的建立T2~L5胸腰椎有限元模型并验证其有效性,为探究脊柱冲击载荷下的动态响应特性及损伤机制提供数值模型支撑。方法基于CT扫描图像数据建立T2~L5胸腰椎三维有限元模型;仿真分析施加不同力矩下(屈伸、旋转和侧弯工况)T12~L1段载荷-转角曲线,并与文献报道的数据进行对比;对T2~6、T7~11和T12~L53段脊柱有限元模型施加不同高度下的自由落体载荷并进行仿真分析,获得轴向力峰值和弯矩,并与文献报道的数据进行对比分析。结果T12~L1段脊柱有限元模型受不同方向力矩发生最大转角在-2.24°~1.55°,与文献数据吻合良好。在不同跌落高度下,T2~6、T7~11和T12~L53段脊柱有限元模型的轴向峰值力分别为1.7~5.3、1.3~5.5、1.3~7.5 kN,均处于文献数据误差范围内;脊柱与椎间盘应力云图显示,椎体由外缘最先受力,椎间盘由髓核承受主要载荷,符合实际脊柱损伤发生机制。结论所建立的T2~L5脊柱模型能够正确模拟不同工况下脊柱的生物力学行为特性,分析结果具有有效性。

高墩大跨连续刚构桥的荷载试验研究

为探明某高墩大跨连续刚构桥在正常运营状态及最不利受力状态下的动静态荷载特性,基于成桥荷载试验方法,开展不同车辆位置、车速等条件下大跨连续刚构桥动静荷载现场试验。试验主要包括正载及偏载两种情况,静荷载试验测试了这两种情况下的主梁应变与挠度,动荷载试验分别在20、30、40 km/h车速下,通过无障碍行车试验和刹车试验,测试了桥梁的冲击系数、自振频率及动应变。在采集处理完现场数据后,将其与有限元软件的理论计算结果进行对比分析。研究结果表明:该连续刚构桥在正载及偏载两个工况下,挠度和应变实测值均小于理论计算值,相对残余应变最大值为18.8%,相对残余挠度最大值为11.71%,均不超过20%;在动载试验中,主桥一、二、三阶竖向实测振动频率均大于理论计算值;该连续刚构桥承载能力满足要求。

基于元模型和自适应算法的卷状货物运输托盘多目标优化

铁路卷状货物运输托盘设计、改进等工作往往依靠工程经验,通过仿真分析、实物检测的组合方式。然而,这种设计方法过于依赖个人经验,设计效率低,试验资源浪费严重,难以达到预期效果。为将传统设计思路转化为数学优化问题,引入元模型和自适应多目标优化算法对运输托盘进行设计、改进。建立托盘三维模型,制定装载加固方案,进行静载、冲撞工况仿真分析;对托盘进行强度试验(静载、冲击试验),检验仿真分析可靠性;采用SolidWorks和Ansys协同仿真技术,搭建参数驱动化CAE仿真环境;提出基于最大最小距离准则和ESP诱导协同优化的最优拉丁超立方取样方法,创建高维参数空间矩阵;以各工况许用应力、变形阈值为约束,建立多目标优化数学模型;比较不同元模型精度,选择GWO-BP神经网络,搭载自适应第三代非支配排序遗传算法(A-NSGA-Ⅲ)获得最佳参数组合,实现托盘轻量化、不同工况应力最小化。研究结果表明:以铁路RTKD款卷状货物运输托盘为例,进行多目标优化设计,发现托盘仿真分析与实际试验值误差均少于11%,仿真应力分布趋势与实测基本吻合;优化后,托盘质量减少27.97 kg,2种工况最大应力分别减少23.01 MPa和37.21 MPa,符合铁路货物安全运输需求。研究结果为同类型运输托盘的设计、改进提供了工程参考,对铁路卷状货物运输发展有重要促进作用。

不同温度-冲击载荷下煤的渗透率演化规律研究

为了探究不同温度-冲击载荷复合场下煤孔压裂后渗透率变化规律,基于分形理论和经典模型,分析极限冲击载荷和温度引起煤的静态应变和动态应变,推导复合场煤的渗透率模型,利用不同温度-冲击载荷下冲击-压裂渗流实验,了解煤孔压裂时渗透率随温度和冲击载荷变化规律情况。结果表明:当压力<1.0 MPa时,受温度-冲击载荷影响,渗透通道变窄,煤渗透率随冲击载荷升高逐渐降低,随温度升高逐渐下降并趋于平缓;当1.0 MPa≤压力<10.0 MPa时,受冲击载荷作用,导致渗透通道变宽、数量增多,渗透率随冲击载荷增加呈近似指数上升趋势;当压力≥10.0 MPa时,冲击载荷达到极限抗压载荷,煤发生压裂破碎,冲击能量释放,裂隙结构稳定,致使渗透率趋于稳定;复合场作用下,煤孔冲击压裂经过敏感温度渗透和敏感冲击载荷渗透2个阶段;新模型计算数值与试验值基本相同,较好呈现不同温度-冲击载荷下煤孔压裂渗透率变化规律;煤孔压裂煤在较小冲击载荷作用下,渗透率降低,产生滑脱效应;冲击载荷达到煤极限抗拉载荷后,煤内部发生径向和环向破裂,滑脱效应减弱,渗透率增加。

AZ31镁合金板材准静态-动态冲击流体介质温热复合成形极限研究

基于Nakazima半球凸模胀形试验,对AZ31镁合金板材进行了成形极限试验,探究了AZ31镁合金板材在准静态-动态冲击流体温热复合成形下成形极限分布规律。结果表明,温度升高会提升AZ31镁合金板材的极限应变,对比准静态与复合成形两种方式下的极限应变发现, AZ31镁合金板材在准静态-动态复合成形下极限应变值更高,塑性成形性能得到改善。对两种成形方式下的断口形貌扫描进行分析,结果表明,准静态-动态复合成形的韧窝比准静态成形的韧窝多且深。对不同成形方式试样在室温、 100及200℃下进行了EBSD分析,发现在室温时,复合成形出现了少量{10-12}拉伸孪晶协调变形。在100℃时,复合成形引入细而薄的拉伸孪晶片层,切割细化晶粒,塑性较准静态成形得到提升。200℃下比准静态成形产生更多的再结晶晶粒是复合成形塑性提高的主要原因。

瓦斯爆炸冲击-地应力动静载荷下巷道壁面损伤特性

为了解决瓦斯爆炸事故中的深部高地应力巷道壁面破坏问题,采用LS-Dyna软件,建立巷道壁面动力响应损伤数学模型和物理分析模型,分析瓦斯爆炸冲击-地应力动静载荷作用下的巷道壁面位移、应力和损伤特征,并研究瓦斯爆炸冲击-不同地应力(水平地应力和垂直地应力)动静载荷下巷道壁面的响应和损伤特性。结果表明:高地应力造成了壁面的初始损伤变形,隅角处的应力集中和初始损伤最大,但是其在瓦斯爆炸过程中,动力响应小于顶板处;在瓦斯爆炸冲击-地应力动静载荷作用下,巷道各个部位的损伤应变随着地应力升高而增加,其中隅角处的损伤度受影响最大且损伤最为严重,其次为顶板位置;地应力升高会使壁面初始损伤变形更为严重,但是明显削弱了爆炸冲击波在围岩中的传播。