冲击作用下钢护筒复合桩塑性区形成及迁移机制

为探究钢护筒复合桩在冲击作用下塑性区形成和迁移机制,基于经摆锤冲击试验验证的钢护筒复合桩船舶撞击数值模型,通过对比钢护筒复合桩(SCC桩)和普通钢筋混凝土桩(RC桩)塑性区产生和发展的异同,以及不同钢护筒尺度下基桩塑性区的形成和分布规律,深入分析了钢护筒复合桩在冲击荷载作用下塑性区域的产生和演化情况,探索了钢护筒长径比和厚径比对基桩塑性区域的影响规律。研究表明,钢护筒缩短了冲击作用下基桩的塑性区发展时间,使同种桩基中不同桩身位置的塑性区的产生部位趋于一致,增加了基桩参与受力的范围;钢护筒入土深度的增加和厚度的减小均导致基桩塑性区域向钢护筒包裹段转移,厚度偏小的钢护筒容易在冲击荷载作用下产生局部屈曲,导致基桩远离冲击侧也产生塑性区。

冰块冲击作用下CRTSⅢ型无砟轨道板损伤及变形数值模拟分析

为研究附着在高速列车底部的冰块脱落后对高速铁路轨道板等基础结构造成的冲击损伤影响,采用光滑粒子-有限元耦合(SPH-FEM)方法,利用数值模拟软件LS-DYNA建立冰块冲击CRTSⅢ型板式无砟轨道的动力有限元分析模型,分析冰块冲击荷载作用下无砟轨道变形和损伤特征及其演化过程,探讨冰块半径、冲击速度和冲击角度对轨道板变形和损伤的影响。结果表明:圆柱形冰块垂直冲击轨道板时,会在其表面形成碗状凹坑,最大凹陷深度位于冲击中心附近,凹坑直径与冰块直径相当,凹坑边缘分布环形裂纹;模型最大凹陷深度和失效单元个数均随冰块半径和冲击速度的增大而增大,但会随冲击角度的增大而减小,冲击角度从0°增加至15°时降低最为显著,最大凹陷深度和失效单元个数分别减小89%和80%;当冰块半径从30 mm增加至60 mm时,最大凹陷深度从0.079 mm增至0.139 mm,失效单元个数从36个增至973个;当冲击速度由40 m·s^(-1)增至100 m·s^(-1)时,最大凹陷深度和失效单元个数由0.014 mm和0个分别增至0.079 mm和36个。研究成果可为冰雪天气高速列车限行及轨道板寿命评估提供参考。

巷道内双爆源瓦斯爆炸冲击作用特性数值模拟研究

为研究巷道内双爆源瓦斯爆炸冲击波对巷道壁面结构的损伤特性,利用ANSYS/LS-DYNA建立巷道双爆源瓦斯爆炸模型,对双爆源瓦斯爆炸作用下巷道内冲击波超压传播以及有效应力进行了分析,并测定了发生双爆源瓦斯爆炸时巷道内轴向压力的变化和对称切面围岩位移情况,研究成果表明:巷道内双爆源冲击波之间的相互作用使得巷道内的冲击波压力情况与单爆源时有着较大区别,发生双爆源瓦斯爆炸的巷道轴向各位置将会出现两次压力峰值,第一次压力峰值的大小与该处离近爆源的距离呈负相关,而第二次压力峰值的大小与该处离两爆源间冲击波碰撞面的距离呈负相关,巷道内双爆源的冲击波碰撞前后压力峰值并非简单的叠加而是急剧攀升;通过观察巷道内发生双爆源瓦斯爆炸时对称切面各处的壁面响应情况,由此可知在巷道发生双爆源瓦斯爆炸的安全设计中应该注重隅角与顶板处的防护。研究结果可为巷道结构的安全设计提供理论参考。

低速冲击作用下LS-DYNA软件中CSCM混凝土材料模型比较研究

CSCM模型是一种弹塑性损伤模型,在模拟混凝土的复杂力学行为方面具有显著优势。本文对低速冲击作用下LS-DYNA软件中的CSCM混凝土材料模型进行了比较研究,介绍了Fujikake等人的落锤试验,基于CSCM模型进行了冲击试验模拟,并将数值模拟结果与试验结果进行了对比,以期为相关人员提供有益参考。

墩顶水平冲击作用下承插式桥墩动力响应研究

为研究墩顶水平冲击作用下承插式预制桥墩的动力行为,对一承插式构件进行冲击试验。基于ANSYS/LS-DYNA对冲击试验进行有限元模拟,并通过试验结果验证了有限元模型的精确性。在此基础上,通过数值模拟的方法分析冲击作用下承插式桥墩的内力(剪力和弯矩)变化规律和损伤机理,并探讨了冲击质量、冲击速度、承插深度以及接缝强度对桥墩动力响应的影响。结果表明:在初始接触阶段,桥墩的截面剪力和弯矩时程曲线出现明显振荡;相较于墩身顶部,墩身底部截面剪力和弯矩响应峰值出现具有滞后性。在墩顶位移峰值时刻,构件内力分布规律与在静载作用下的结果类似,即剪力沿墩身(不包含桥墩承插部分)呈矩形分布,弯矩近似呈三角形分布;在冲击荷载作用下,承插式桥墩的最大弯矩出现于墩身底部,而最大剪力截面位于桥墩承插段,构件的损伤主要表现为墩身底部的弯曲损伤和承插段的弯剪损伤。随冲击质量和冲击速度的增加,冲击力、构件的剪力、弯矩和塑性变形响应均有所增大;相比冲击质量而言,冲击速度对冲击力峰值的影响更为显著。增加承插深度以及接缝强度可提高构件刚度,从而减小桥墩的水平位移,但会增大构件弯矩响应。研究成果可为承插式桥墩的抗冲击设计提供参考。

基于BP神经网络的水中双爆源爆炸冲击波峰值压力预测模型研究

为了获得水中等质量两爆源同步爆炸时冲击波耦合中心的峰值压力计算模型,利用Autodyn计算得到不同药量和爆距下的峰值压力数据.一方面根据量纲分析确定的函数形式拟合数据从而获得峰值压力的计算公式;另一方面对药量、爆距及峰值压力三类数据进行对数变换和归一化,并将其分为训练集和测试集,然后将训练集代入BP神经网络进行训练,得到结构相对简单、均方误差最小的BP神经网络预测模型.结果表明:公式计算结果和BP神经网络模型计算得到的峰值压力与实际值吻合较好,公式计算值与实际值的平均相对误差为1.08%,BP神经网络预测值与实际值的平均相对误差为0.52%,与公式计算相比,BP神经网络能够以更少的数据样本容量实现更高的精度预测.

不同断线高度下输电线冲击铁路防护装备的仿真分析

为保证在铁路线路上方架设输电线的过程中发生断线事故时,跨越铁路防护装备能够成功拦截跌落的输电线断线,防止输电线跌落在铁路线路或接触网上,对铁路运营起到安全防护作用。采用有限元软件模块模拟了输电线断线冲击跨越铁路防护装备防护网及横梁的全过程,分析了输电线在不同断线高度下对跨越铁路防护装备防护网及横梁的冲击作用,分别计算了不同断线高度下输电线断线的运动轨迹、防护网应力和横梁应力的变化情况。计算结果表明:随着输电线断线高度的增加,输电线跌落至防护网的时间增长,输电线与防护网接触作用的时间缩短,防护网及横梁最大应力均逐渐增大。

侧向冲击后钢管混凝土柱剩余轴压承载力研究

为研究钢管混凝土柱受侧向冲击后的剩余承载力,进行了冲击后钢管混凝土柱的轴压试验,运用ABAQUS有限元软件对冲击后钢管混凝土柱轴压试验进行了数值模拟,并验证了有限元模型的合理性。分析轴压过程中典型钢管混凝土柱的受力性能,研究混凝土强度等级、冲击质量、冲击高度、钢管强度等级、冲击位置、边界条件和长径比对受冲击后钢管混凝土柱剩余承载力的影响。结果表明:混凝土强度等级对剩余承载力影响较小,当从C50增大C65时,剩余承载力仅提高了1.44%;当冲击质量从330 kg增大到630 kg时,剩余承载力减小了10.64%;冲击高度由4 m增大到7 m时,剩余承载力减小了10.15%;采用Q420钢材的钢管混凝土柱的剩余承载力比采用Q235钢材的钢管混凝土柱的相应值提高了39.54%;冲击位置越靠近跨中,剩余承载力越小;随着边界条件的自由度增加,剩余承载力减小。给出了冲击后钢管混凝土柱的剩余承载力公式。

突然断线对输电塔线体系的冲击作用研究

突然断线使处于绷紧状态的输电线张力迅速释放,塔线体系将受到动力冲击作用,但设计规范仅按静态荷载来考虑断线荷载。以某输电线路为例,采用有限元方法建立塔线体系模型,进行断一根至六根子导线工况的模拟,并考虑跌落导线与地面的碰撞。分析发现,断子导线的根数越多,或者越接近断线点,直线塔绝缘子的摆动幅度越大,峰值轴力也越大。导线断线将产生两个极大的冲击作用,一个是导线断裂产生的冲击,另一个是跌落导线与地面碰撞产生的冲击。

冲击作用下快响应光纤探针研究

为满足在特殊的环境条件下对冲击波速度、飞片速度等冲击波物理参数的精密测量要求 ,开发了一种快响应光纤探针技术。该光纤探针由一根一端镀膜的梯度石英光纤和一根金属套管构成。在测量爆轰波、飞片和冲击波到达时间的实验中 ,可达到纳秒甚至亚纳秒的时间响应。实验证明该技术是一种可靠的。

侧向冲击作用下钢管混凝土构件的简化分析模型

对两端固定的钢管混凝土构件在冲击作用下的动力响应进行数值模拟,通过分析构件支座与跨中"塑性铰"形成机制及特征,提出了圆钢管混凝土构件在侧向冲击作用下的简化分析模型.一系列工况的比较与验证表明,简化分析模型估算结果与数值模拟结果误差较小,该模型在估算跨中、支座动态截面极限弯矩以及跨中截面最大挠度方面,可以得到比较满意的计算结果,可为工程提供参考.

冲击作用下钢筋混凝土框架抗连续倒塌数值模拟

为研究冲击作用下钢筋混凝土框架结构的抗连续倒塌性能,采用有限元软件LS-DYNA对两个单层、四个三层钢筋混凝土框架在冲击荷载作用下的抗倒塌性能进行了数值模拟分析,计算过程中主要改变了框架梁的纵筋配筋率,对比分析计算了冲击作用下各框架的内力、位移以及破坏过程等。分析结果表明:冲击作用下,各框架梁均经历了明显的拱效应与悬索效应受力阶段,且配筋率越低,拱效应越明显;框架抗倒塌能力与框架梁配筋率有关,配筋率高的楼层承载能力较强,耗能能力较大,框架空腹作用能提高多层框架结构承载能力。基于数值计算结果,分析了框架结构在冲击作用下的抗倒塌能力以及加强措施。

复合载荷作用下钻头冲击破岩机理研究及现场应用

复合载荷冲击破岩作为新的高效破岩技术之一可以解决复杂难钻地层机械钻速缓慢、钻具失效严重等问题。基于弹性力学和冲击力学理论,建立了复合载荷作用下压头的破岩模型,分析了模型因素对压头侵深的影响。同时,应用有限元软件分析了复合载荷作用下岩石位移和应力的响应。通过现场应用进一步证明复合载荷冲击破岩的提速效果。理论研究结果表明:该破岩方法可以在保证钻深基础上,减少钻具失效;还扩大了岩石的响应范围和载荷的作用区域,加剧了岩石振动的剧烈程度;当激励频率与岩石固有频率相同或接近时,岩石产生共振,整体振动位移达到峰值。现场应用效果表明,高频低幅轴向冲击工具应用井段平均机械钻速可达3 m/h,与常规钻具相比,平均提速可达67.65%。

侧向冲击作用下圆钢管混凝土构件的数值模拟分析

首先利用LS-DYNA程序对一圆钢管混凝土构件落锤冲击试验进行数值模拟;然后对1根两端固支的钢管混凝土构件在侧向冲击作用下的动力响应进行分析,模拟过程中混凝土采用能较好模拟复杂试验结果的CONCRETE_DAMAGE_REL3模型,钢管采用随动硬化模型,同时通过共用节点方法模拟钢管和混凝土之间的相互作用,通过面面接触方式模拟冲击体与构件之间的接触作用;最后对两端固支的钢管混凝土构件在不同条件下的动力响应进行比较和分析,得到了冲击体动能、冲量对构件变形、支座和跨中内力的影响。结果表明:试验结果与数值模拟结果符合较好,采用该数值模拟方法可以很好地模拟圆钢管混凝土构件在侧向冲击荷载作用下的动力响应。

强夯冲击作用的能量问题

以结构动力学理论研究得到的强夯边界问题解答为基础 ,采用能量积分的方法 ,获得了夯击能量吸收效率问题的理论解。论证了夯击效能和夯击因素的关系 ,以及夯击因素的限制条件。对选锤提出实用建议。对强夯能量分配问题提出一些新的看法。

非线性波浪对结构物的冲击作用

以紊流运动方程——雷诺时均方程为控制方程，基于流体体积法（ＶＯＦ）对浪溅区结构物所受的波浪冲击作用进行了数模研究．入射波为椭圆余弦波，采用三阶迎风差分格式来离散控制方程的对流项，加入了ｋ－ε紊流模型及在近壁区应用壁函数．通过对不同波浪参数、结构物尺度、结构物与静水面的距离等情形的数值计算成果的比较分析，得到了非线性波浪对结构物底面的冲击压力分布特征。

淤泥冲击挤压作用下软基土石坝动力响应分析

以江西城门山铜矿城门湖区软基土石坝为研究对象,基于淤泥流动过程中的冲击力特性,采用FLAC3D程序模拟和分析了淤泥冲击挤压作用下软基土石坝的水平速率、水平位移和剪应变等动态响应。研究结果表明:(1)坝体速率变化规律与冲击挤压作用周期基本一致。坝体监测点速率大小及发生运动的区域均随时间增加而增大。约在0.3 s(1/2周期)时,速率达到最大值;而约在0.45 s(3/4周期)时,发生运动的区域达到最大;之后随着冲击荷载的衰减坝体质点逐渐趋于静止。(2)淤泥冲击挤压作用下坝体发生了永久位移,平均位移值约30 mm,可看作坝身整体向下游侧移动了30 mm。(3)坝体内形成了一条明显的剪应变增量贯通带,发生区域位于上层软土坝基内,表明坝体最可能沿此位置发生整体滑动失稳破坏。

不规则波对浪溅区结构物冲击作用的试验研究——频域分析

对不规则波对浪溅区结构物的冲击作用实验结果进行了谱分析研究。给出了不同试验组次的结构物底面所受波浪冲击压力的谱分析结果,得到了结构物底面所受波浪冲击压力的谱矩m0沿结构物底面的分布规律,讨论了入射波波要素和结构物底面距静水面的相对高度s H1 3对作用于结构物底面的冲击压力谱矩m0,avg.的影响,给出了平均冲击压力谱矩m0,avg.与统计分析的压力特征值Pc的关系。

热冲击作用下花岗岩力学特性及其随冷却温度演变规律试验研究

相同高温状态花岗岩在不同冷却温度介质中热冲击下的力学特性不同。热冲击作用下花岗岩的力学强度主要取决于内部热冲击破裂裂隙的密度和数量,其决定因素为热冲击速度和热冲击因子,与热冲击温差没有绝对的相关性。采用自主研制的岩石热冲击破裂试验台对青海共和盆地花岗岩进行热冲击破裂处理,测试其抗压强度、抗拉强度、黏聚力、内摩擦角等宏观力学参数,研究热冲击作用下花岗岩的宏观力学性质及其随冷却温度的演变规律。研究结果表明,(1)相同加热温度的花岗岩,经不同温度冷却介质热冲击破裂后单轴抗压强度、抗拉强度、黏聚力随着冷却介质温度的升高呈现降低趋势,内摩擦角随着冷却介质温度的升高而升高;(2)不同温度恒温水中热冲击下花岗岩的单轴抗压强度和抗拉强度呈有规律的劣化趋势,600℃花岗岩经100℃水热冲击处理后其抗压强度和抗拉强度仅为250℃是经20℃水热冲击作用后的30%;(3)黏聚力随着热冲击破裂程度的加剧呈减小趋势,内摩擦角呈明显增大趋势;(4)热冲击非定常传热对花岗岩力学性质具有劣化作用,干热岩地热人工热储的建造和井筒稳定性控制都需要考虑热冲击作用下花岗岩的强度随冷却介质温度的演变规律。

土-结爆炸冲击相互作用模爆试验相似设计方法

模爆试验是研究爆炸冲击荷载作用下地基动力性能、土-结爆炸冲击相互作用及埋地防护结构抗爆能力与破坏机理等的重要手段之一。模型相似设计是确保模爆试验能够尽可能真实地反映原型爆炸冲击动力性状的关键之一。以上覆饱和砂土层对浅埋地下圆拱直墙式防护隧道免遭炸弹触地爆炸触发地冲击波破坏的保护效应为研究目的,基于目前广泛应用的Bockinghamπ定理,采用量纲分析方法,并且结合考虑土-结体系非线性爆炸冲击动力响应、土-结接触面爆炸冲击动力响应以及爆炸地冲击波-结构动力相互作用等的相似性,求解土-结爆炸冲击相互作用模爆试验的模型设计相似关系。