空气间隔装药爆炸冲击荷载作用下混凝土损伤分析

采用JHC混凝土损伤演化模型,模拟计算了不同空气间隔装药结构情况下炮孔近区岩石损伤破坏机制,分析了空气层比例以及起爆方式对爆破效果的影响。计算表明,不同空气层位置及比例会产生不同的爆破效果,并能运用于不同的爆破目的。空气层比例与炮孔粉碎区大小成反比,空气比较小时可以用于梯段爆破,而空气比较大时可用于预裂或光面爆破。对于梯段爆破、反向起爆(空气层位于上部)和中间起爆(空气层位于中间)的效果要好;起爆方式对梯段爆破效果的影响要比预裂和光面爆破效果明显。

拱顶钢储罐内部蒸气云爆炸冲击荷载的数值模拟

利用TNT当量模型模拟储罐内部的蒸气云爆炸,对拱顶钢储罐内部爆炸流场和壁面爆炸冲击荷载进行数值模拟。首先将储罐壁面视为刚性,系统考察拱顶罐在各种不同工况下的爆炸流场及壁面反射冲击荷载分布情况;然后进一步考察爆炸流场与罐壁之间的耦合效应对爆炸冲击荷载的影响。研究表明:储罐壁面爆炸冲击荷载最大值出现在顶盖中心区域,且往往出现在第2个波形峰值位置,而壁面其他位置的冲击荷载最大值一般出现在第1个反射超压峰值位置;爆炸流场和容器壁面间的耦合效应对内部爆炸冲击荷载的影响不大,计算分析时可近似采用非耦合模型。

爆炸冲击荷载作用下重力坝三维各向异性脆性动力损伤有限元分析

以连续损伤力学为基础,用三维动力损伤有限元模型分析混凝土重力坝及其岩石基础在爆炸冲击荷载作用下的各向异性脆性动力损伤问题。把有效应力和损伤应变能释放率的概念引入岩石类介质的脆性动力损伤演化模型,并应用于自主开发和研制的三维各向异性脆性动力损伤有限元程序(ADDFEP3D),分析模拟在爆炸冲击荷载作用下混凝土重力坝及其岩石基础内的位移场、应力场、损伤场、应变能释放率和破坏失效分布场的动力响应过程,并用三维等值线图和过程演示图描述部分数值分析结果。研究结果可为重力坝抗爆性能评价的进一步深入研究提供有参考意义的方法和基础。

基于遗传算法的爆炸冲击荷载参数识别方法

基于改进的遗传算法 ,建立了根据测试系统动力响应观测数据反演爆炸冲击荷载参数的数值方法。遗传算法为解决反问题的不适定性提供了强有力的手段。数值模拟结果表明 ,所提出的爆炸冲击荷载参数随机反演方法具有全局搜索能力 ,并且具有良好的抗观测噪音能力。当测试系统的观测相对误差为 10 %时 ,参数反演结果的误差小于 8% ,所建立的参数反演方法具有良好的鲁棒性。

锥顶钢储罐内部可燃气体爆炸冲击荷载的CFD模拟

钢储罐常用于液化天然气、石油等易燃易爆物的储存,一旦起火爆炸,短时间内将产生极大的爆炸冲击波,造成储罐严重破坏并带来灾难性后果。爆炸冲击荷载的合理确定是钢储罐爆炸破坏分析与安全设计的重要基础。利用计算流体动力学FLUENT软件,基于k-ε湍流模型和EDC燃烧模型,建立了能够模拟储罐内部爆炸流场变化情况的CFD模型,获得了特定位置处的超压时程,与TNT当量模型相比其模拟结果更接近罐内可燃气体爆炸的实际情况。进一步考察了储罐高径比、可燃气体浓度与种类以及初始压力等因素对爆炸冲击荷载的影响。研究表明:储罐高径比越大、罐内初始压力越大、可燃气体活性越高、越接近化学计量比浓度时,气体燃烧反应速度越快,爆炸冲击荷载越大。

爆炸冲击荷载作用下柔性支撑梁的弹塑性动力响应分析

利用三次B样条函数的线性组合模拟柔性支撑梁的位移振型函数,根据拉格朗日方程建立了动力计算模型,模型考虑了弹性支撑和阻尼支撑等情况;研究了爆炸冲击荷载作用下柔性支撑对梁动力响应的影响;提出了短时荷载和长时荷载的定量界定建议。分析结果表明:在短时荷载(爆炸冲击持续时间小于简支梁半个自振周期)作用下,弹性支撑可有效降低梁跨中截面的弯矩,从而提高梁的抗爆承载力,且弹性系数越小,减振效果越好;在长时荷载(爆炸冲击持续时间大于简支梁半个自振周期)作用下,弹性支撑的减振效果是有条件的,只有弹性系数较小时才能降低梁的动力效应,若弹性系数超过某一限值,在残余振动阶段会出现振动反弹,反而会降低梁的抗爆承载力,这种情况下加设阻尼支撑,可使结构振动快速衰减,阻尼系数越大,振动衰减越快。

爆炸冲击荷载作用下钢框架节点性能研究

利用大型有限元分析软件ABAQUS,对爆炸冲击荷载作用下的十字钢框架节点进行数值模拟,分析了爆炸冲击荷载作用下节点的响应,并讨论了不同钢材材料参数对节点动力响应的影响,得出了提高钢材的强度和弹性模量,可以减少爆炸冲击荷载对结构的破坏;同时利用了ABAQUS显式和隐式处理器之间数据信息的相互传递功能,分析了爆炸冲击荷载作用对钢框架节点滞回性能的影响,发现爆炸冲击荷载作用可以降低结构的延性,对结构整体性能是不利的。根据对爆炸冲击荷载作用下节点性能的研究得出的相应结论,提出了在以后的结构设计中应充分考虑爆炸冲击荷载对结构的不利影响,选用对结构防爆性能有利的材料,并采取相应的加强措施提高结构的整体延性来减少爆炸冲击荷载对结构的破坏程度。

爆炸冲击荷载下球形防爆波井结构动力响应分析

在国防工程中,球形防爆波井等结构需要承受外部爆炸冲击荷载。基于对球形防爆波井结构模型合理地简化,分析了其在外部爆炸冲击荷载下的动力响应,给出了动力响应时的位移和应力分布函数。

简支圆板在爆炸冲击荷载作用下的动力响应

采用双剪应力强度理论,考虑材料的拉压强度比,求解了简支圆板在爆炸冲击荷载波荷载作用下的动力响应问题。根据运动方程和用弯矩表达的广义屈服条件得到弯矩控制方程,根据几何方程和流动法则得到速度控制方程,由此得到简支圆板的速度场和内力场,并对速度进行积分得到圆板的挠度响应。根据板终止运动时其速度为零,得到终止运动时间和板的残余挠度。采用本文的解,取板的运动角加速度为零得到该问题的静力解。讨论采用不同的拉压强度比对简支圆板塑性动力响应的影响。研究结果表明,材料的拉压强度比对简支圆板的塑性动力解的影响很大,而且大于对静态问题解的影响。

渡槽结构在爆炸冲击荷载作用下的动力响应

针对渡槽结构在爆炸冲击荷载作用下的动力响应问题,以南水北调中线某渡槽为例,采用M法模拟桩周土体对桩的作用,采用基于Housner理论的弹簧质量模型模拟槽身与水体的相互作用,并利用三维有限元建立了渡槽结构在爆炸冲击荷载下的分析模型。利用时程分析法分别计算了渡槽结构在空槽、半槽水深、设计水深3种工况下,遭受爆炸冲击荷载时所产生的位移和应力。结果表明:槽身的最大位移响应和最大应力响应均大于槽墩的,槽身中部的最大拉应力响应大于槽身两端的,侧墙顶端和底板中部拉应力响应相对较大,而槽墩上部的最大位移响应和最大应力响应又大于槽墩下部的;在空槽时,槽身内最大拉应力和最大位移响应最大,此时对结构最为不利。

基于模拟退火算法的爆炸冲击荷载参数反演法

基于模拟退火算法,建立了根据测试系统动力响应观测数据反演爆炸冲击荷载参数的数值方法。数值模拟结果表明,本文所提出的爆炸冲击荷载参数随机反演方法具有全局搜索能力,并且具有良好的抗观测噪音能力。当测试系统的观测相对误差为10%时,参数反演结果的误差小于4%,所建立的参数反演方法具有良好的鲁棒性。

半地下覆土立式油罐内部油气爆炸冲击荷载实验研究

半地下覆土油罐常用于储存汽油、柴油等易燃易爆油品,一旦被引燃,短时间内将产生极强的爆炸压力波,造成储罐的严重破坏并带来灾难性后果,油气爆炸冲击荷载的研究是进行储罐安全设计的基础。利用等比例模拟容器,基于实验对覆土立式油罐罐内油气爆炸冲击载荷特性进行了实验研究,获得了密闭条件下油罐内不同位置处的压力荷载的变化规律,油气爆炸压力荷载变化分为四个阶段:点火孕育期、加速突变期、衰弱振荡期、惯性波动期;罐顶位置处的压力荷载数值要明显大于罐壁和罐底处的压力荷载数值;进一步考察了初始油气浓度、初始点火能量、初始温度等相关参数对爆炸冲击荷载的影响规律。研究结果表明:爆炸超压随浓度的变化呈先增大后减小的规律,当初始浓度为1.71%时,爆炸超压荷载达到最大值。爆炸超压值与点火能成正比关系,与初始环境温度成反比关系。

爆炸冲击荷载作用下高压输电塔钢管构件抗爆性能试验研究

钢管材料易采购、易加工、易安装、构造体型较好,迎风体型系数较小,因而在高压输电塔结构中得以推广使用,研究爆炸冲击荷载作用下钢管构件的抗爆性能具有重要的理论意义和工程实用价值。通过各比例距离下静爆试验,研究爆炸冲击荷载作用下钢管构件迎爆面、背爆面各测试点的超压数值,进一步掌握爆炸冲击波的传播规律和对钢管构件的作用特点。临近场爆炸时,钢管构件中部呈现出撕裂、局部屈曲的破坏形态;近场爆炸时,钢管构件主要受爆炸冲击荷载第一个波阵面正压的影响;远场爆炸时,钢管构件除受第一个波阵面影响外,地面反射的冲击波也对构件产生影响。

爆炸冲击荷载作用下高压输电塔等边角钢构件抗爆性能试验研究

等边角钢构件因其具有受力合理、承载力高、易于安装、运输方便等优势,在高压输电塔结构中作为主要构件得到了广泛应用,研究爆炸冲击荷载作用下等边角钢构件的抗爆性能具有重要的理论意义及工程实用价值。通过静爆试验研究等边角钢构件在爆炸冲击荷载下所受到的超压荷载分布、试件损坏情况和抗爆性能。通过试验得到了角钢构件迎爆面顶部、中部、底部的超压时程曲线以及构件中部的变形形式,进一步了解爆炸冲击波的传播方式及等边角钢构件在爆炸冲击荷载作用下的受力特点。随着构件宽厚比的增大,各测点的超压峰值均呈现出上升的趋势,构件中部的残余变形迅速增大;超压峰值呈现出在起爆点与构件等高处向构件两端递减的趋势;临近场爆炸时,构件呈现出局部屈曲的破坏形态。

爆炸荷载下刚-柔耦合围岩支护结构二维平板动态损伤破坏特征试验研究

为探究爆炸冲击荷载下以橡胶水泥砂浆(RCM)作为柔性吸能材料的“刚-柔耦合”围岩支护结构的动态稳定性,通过搭建二维平板爆炸冲击试验系统,开展单体平板试件在中心起爆方式下和组合体平板试件在偏心起爆方式下的单孔爆炸冲击荷载试验;并从炮孔动态膨胀响应特征、剥落区形成机理和爆生裂缝扩展机理3个方面,探究“刚-柔耦合”围岩支护结构二维平板试件的动态损伤破坏特征。最后,从应力波传播和协调变形2个方面分析讨论“刚-柔耦合”围岩支护结构中多层材料间的耦合作用特征与围岩稳定性机理,进一步印证以RCM作为柔性材料的“刚-柔耦合”围岩支护结构降低围岩及其支护结构动力损伤的潜力。研究结果表明:随橡胶体积分数增大,平板试件整体的损伤破坏程度明显减小;尽管RCM单体平板试件的爆后炮孔直径和剥落区面积因橡胶体积分数的增大而有所增大,但RCM有效降低了组合体平板试件的爆后炮孔直径、剥落区面积和爆生裂缝总长度。平板试件在爆炸冲击荷载作用下主要受到爆炸冲击波与爆轰气体的共同作用,尤其在底板对炮孔的封闭约束下,炮孔中也因爆炸能量的瞬间释放形成了向上的聚能射流效应,进一步导致了V形爆坑剥落区的形成。在同一起爆方向下,当橡胶体积分数为60%时,R-R-H和H-R-R的裂缝长度总和最小;在同一橡胶体积分数下,相比于H-R-R,R-R-H的裂缝长度总和最大降低了46.25%。

爆炸荷载作用下钢筋混凝土框架结构的连续倒塌分析

近年来,鉴于建筑结构连续倒塌分析的复杂性,迄今为止,尚未得出一种可用于工程实际的足够精确的结构连续倒塌分析方法。运用通用有限元显式动力分析软件LS-DYNA,建立了某2跨3层框架结构的三维有限元模型。研究了初始损伤、结构的初始条件等因素对爆炸荷载作用下钢筋混凝土框架结构连续倒塌过程的影响。并将分析结果与传统的结构倒塌分析方法的分析结果进行了对比,进一步提出了一种改进的钢筋混凝土结构连续倒塌分析的方法,对建筑结构抗连续倒塌设计具有一定的指导作用。

爆炸冲击对多层钢框架连续倒塌性能的影响

以5层钢框架结构为对象,对钢框架在爆炸冲击作用下的连续倒塌性能进行了研究.采用备用荷载路径法,分别对钢框架结构进行了静力非线性、动力非线性以及爆炸冲击作用下的动力非线性连续倒塌分析.分析结果表明:在常规的静力和动力非线性分析中,该框架具有良好的抗连续倒塌能力;在5 kg TNT的初始爆炸冲击作用下,钢框架的变形比常规分析增大15%～40%;在15 kg TNT的爆炸冲击作用下,钢框架将发生整体性倒塌.因此传统的备用荷载路径法不适用于分析爆炸引起的连续倒塌问题,爆炸冲击的作用不可忽略;楼板在爆炸作用下对结构的连续倒塌性能有着至关重要的影响.

冲击爆炸荷载作用下混凝土材料两类弹塑性损伤本构模型的对比分析

冲击爆炸荷载作用下,混凝土弹塑性损伤本构模型包含流体弹塑性模型和帽盖弹塑性模型。就本构理论而言,这两类模型在偏应力模型、压力-体应变关系和损伤模型三个方面存在本质的区别。模拟混凝土结构在不同荷载作用下的动力响应时,了解不同本构模型的特点并选择合适的模型进行数值模拟是获得合理预测结果的先决条件。文章探讨了这两类弹塑性模型的本构理论区别并给出两类模型的适用条件。选取弹体低速侵彻混凝土薄板和弹体高速侵彻混凝土厚板两个算例对两类弹塑性模型进行比较,结果表明,弹体低速侵彻下,两类模型预测结果接近并且均与试验结果吻合;弹体高速侵彻下,流体弹塑性模型预测结果与试验结果吻合,而帽盖弹塑性模型预测结果与试验结果差别很大。这一结果表明,在冲击荷载作用下,流体弹塑性模型可适用于低压力到高压力的不同情况,而帽盖弹塑性模型只适用于较低压力(约1GPa),不适用于高压力如弹体高速侵彻的情况。

建筑夹层玻璃在冲击荷载下的破坏研究概述

世界各地恐怖主义爆炸袭击和各种爆炸事件呈上升趋势,爆炸给人类及建筑物造成极大的伤害和破坏。据统计,爆炸中大多数人员伤亡是由建筑玻璃破碎的碎片造成的。目前已对建筑夹层玻璃在冲击等荷载下的破坏强度、动力响应、安全性及经济性等方面进行了某些研究,有关其在爆炸冲击荷载下的性能研究还处于初步阶段,试验和有限元数值模拟成为其主要研究手段。对抗爆玻璃性能、研究分析方法及冲击荷载作用下建筑夹层玻璃的破坏研究现状做了较全面的综述。

爆炸荷载下泡沫铝复合结构耗能性能分析

爆炸荷载产生的冲击波可能会对人员和建筑物结构造成极大的损伤,提出泡沫铝与钢板组成的复合缓冲耗能装置,以期对人员和建筑物结构达到有效的保护作用,为此,对其耗能性能进行了分析。采用有限元数值分析的方法研究了爆炸荷载作用下复合缓冲耗能装置对空气冲击波的衰减特性,并对这种复合缓冲耗能装置进行了优化设计,分别对不加任何保护层、仅加一层钢板保护层、加钢板和泡沫铝复合保护层三种结构在爆炸冲击荷载下的空气冲击波超压特性进行数值模拟。结果表明,泡沫铝复合保护层对减轻作用到结构上的爆炸荷载及降低空气冲击波超压峰值具有非常显著的效果,而且复合缓冲装置中的泡沫铝层厚度是具有一个最优的厚度值。利用该装置能够有效的降低爆炸所产生的空气冲击波超压,能够保护人员及结构的安全。