近爆荷载下聚氯乙烯泡沫夹芯板的动力学模型研究

为研究近爆荷载下聚氯乙烯(PVC)泡沫夹芯板动态响应,对PVC泡沫夹芯板变形的3个阶段进行分析,推导考虑面板局部化特征的变形挠曲面函数,建立了考虑面板和夹芯的弯矩和膜力效应对变形影响的单自由度刚塑性动力学模型。利用非线性数值计算软件,计算不同面板和夹芯厚度的PVC泡沫夹芯板在近爆荷载下的动态响应,分析面板变形和速度变化,验证了动力学模型中各阶段面板和夹芯的受力和运动情况。研究结果表明:建立的挠曲面函数能反映近爆荷载下面板的局部化特征,且在变形过程中面板的局部化程度不断减弱;基于动力学模型计算的面板中点挠度和速度时程曲线与数值计算结果较为吻合且面板中点挠度与实验结果误差较小,该动力学模型可以有效预测PVC泡沫夹芯板在近爆荷载下的动态响应。

近爆荷载作用下装配式钢筋混凝土柱抗爆性能及受损加固试验研究

为研究近爆荷载作用下装配式钢筋混凝土(precast concrete,PC)柱的抗爆性能与受损后的加固修复性能,开展了足尺PC柱化爆试验与受损柱加固修复轴压试验研究。共开展了3次化爆试验,获得了PC柱的动力响应与损伤破坏试验数据,分析了PC柱与现浇钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)柱试验结果的差异。近爆荷载作用下,PC柱呈现出局部损伤破坏模式,爆心附近混凝土剥落,出现斜裂缝,装配位置的交界面出现贯穿裂缝,锚浆搭接PC柱比灌浆套筒PC柱的损伤更加严重。两种装配形式的PC柱整体上具有与RC柱相近的抗爆性能,但装配界面削弱了PC柱的整体性与抗剪切能力,是PC柱典型的薄弱位置。轴压试验结果表明,分别采用置换混凝土和置换后外包碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforcement polymer,CFRP)布的方式加固受损的两根PC柱,其轴向承载力均超过了同规格未受损柱的试验承载力和设计承载力。

近爆作用下钢筋混凝土柱的损伤机理研究

为了研究钢筋混凝土结构底层柱的抗爆性能,应用LS-DYNA软件对近爆作用下钢筋混凝土柱的损伤过程及破坏机理进行数值模拟分析,数值模型考虑应变率对钢筋和混凝土材料动力本构特性的影响以及炸药-空气-结构之间的流固耦合相互作用.结果表明,在爆炸冲击荷载作用下,钢筋混凝土柱表层混凝土首先开始剥落,受到约束的柱脚和柱顶混凝土发生冲剪破坏,在持续的横向变形作用下柱整体发生弯曲,产生一系列的横向裂缝;在等比例距离爆炸作用下,不同反射区的钢筋混凝土柱,受到的爆炸冲击荷载存在较大的差异,通常的比例定律不适用于近爆情形.

近爆冲击波和破片联合作用下钢筋混凝土剪力墙的动态响应及参数分析

为研究钢筋混凝土剪力墙在近爆冲击波和破片联合作用下的动力响应,应用非线性有限元软件LS-DYNA开展近爆冲击波和破片对钢筋混凝土剪力墙联合作用的数值模拟分析.同时,通过参数化分析的方法,探究了冲击波和破片联合作用下剪力墙高厚比、分布筋间距和炸药比例距离等因素对其动力响应的影响.研究表明:近爆作用下冲击波和破片的联合作用强于单一作用,且联合作用要大于两者单一作用效果的线性叠加;减小钢筋混凝土剪力墙的高厚比,可以有效降低其水平位移响应,且随着高厚比的减小,水平位移响应减小速率加快;减小钢筋混凝土剪力墙分布筋的间距,可以有效降低其水平位移响应,且随着分布筋间距的减小,水平位移响应减缓程度有所降低;增大炸药比例距离,可以有效降低其水平位移响应,且随着炸药比例距离的增大,水平位移响应减缓程度有所增加.

近爆作用下钢筋混凝土柱数值分析加载方法对比

为了研究近爆作用下不同数值分析加载方法对钢筋混凝土柱动力响应及破坏形式影响,运用AUTODYN对钢筋混凝土柱在近距离爆炸下的超压荷载进行模拟并提出一种荷载简化计算方法.基于LS-DYNA建立近爆作用下钢筋混凝土柱动态响应及其损伤破坏的三维有限元模型,近爆荷载分别采用简化后的荷载、Load blast命令和“炸药-空气-混凝土柱”流固耦合3种加载方法加载,将模拟结果与爆炸破坏试验结果对比,分析不同加载方法在误差、计算效率、所占内存等方面的特点.研究结果表明,简化荷载加载方式位移误差较小且所占内存较小,但需要掌握2种软件多次建模;blast-load计算模型加载方式建模简单、计算时间较短、所占内存较小、模型稳定但残余位移误差较大;“炸药-空气-混凝土柱”流固耦合加载方式建模较为复杂、计算时间较长、所占内存较大,但误差较小.

近爆作用下中空夹层超高性能钢管混凝土柱的抗爆性能

为研究中空夹层超高性能钢管混凝土(Ultra-high performance concrete-filled double skin steel tubes,UHPCFDST)柱在近爆载荷作用下的抗爆性能,建立了TNT炸药-UHPCFDST柱-空气三维有限元模型,采用ALE多物质流固耦合算法分析了UHPCFDST柱在近爆作用下的损伤机理、能量吸收特性和影响参数,计算结果表明:UHPCFDST柱在近爆作用下的典型破坏模式为钢管的塑性变形和混凝土芯柱的凹陷破坏,且混凝土芯柱的损伤过程可以分为3个阶段;与填充普通混凝土柱相比,UHPCFDST柱具有优异的抗爆性能;在一定范围内,减小截面空心率可以有效提升UHPCFDST柱的抗爆性能;增加内外钢管厚度均可提升UHPCFDST柱的抗爆性能,但增加外层钢管厚度时提升效果更显著;有无轴压对UHPCFDST柱的变形有较大影响,在一定范围内增加轴压比有利于抵抗整体变形,但同时局部变形增大,当轴压比较大时,UHPCFDST柱在近爆载荷和轴向载荷作用下失去承载能力。

近爆源的既有隧道爆破振动之安全判据

大部分爆破振动导致的工程事故都是由于没有根据具体的保护对象制定合理的振动安全判据所致,在分析国内外爆破振动安全判据和回归理论的基础上,阐述了要根据不同的保护对象和工况,有针对性地引入振动频率、振动时间的多参数判据的必要性,且以大帽山隧道为例,论述了推进式循环爆破作业下,应该考虑爆破振动造成的累计损伤以及回归理论预测的局限性。

机械传感器测量炸药近爆区爆炸破坏作用实验研究

通过机械传感器对炸药近爆区爆炸波破坏作用研究 ,引进爆炸波能量面密度的概念 ,结果表明 ,机械传感器可以有效地测量近爆区爆炸波破坏强度 ,爆炸波能量面密度可以作为近爆区爆炸波破坏作用评定标准 ;比较机械传感器与压电传感器测量结果 ,二者在距爆心较远区数值吻合较好。

轮胎粉碎爆破近爆区压力测试方法研究

测量近爆区压力对于正确认识废弃轮胎粉碎爆破的机理及确定相应的爆炸工艺参数具有关键作用。针对现有压电传感器不能测定近爆区爆轰压力的现状 ,研制了用于测试近爆区爆轰产物压力的机械传感器 ,并对其进行了静压标定、落锤标定和爆炸载荷试验。试验结果表明 ,机械传感器是测量近爆区压力的有效手段。

近爆荷载作用下PC柱动力响应及破坏模式数值模拟研究

随着装配式建筑在我国的推广应用越来越广泛,装配式构件在爆炸荷载下的性能值得深入研究。利用LS-DYNA显示动力分析软件对PC柱在近爆荷载下的动力响应及破坏模式进行数值模拟分析。计算了PC柱在8 kg TNT爆炸当量,爆炸距离(TNT炸药中心至结构表面)为0.6 m,比例距离为0.3 m/kg^(1/3)动力响应,分析轴压比、混凝土强度等级、截面惯性矩以及箍筋、纵筋配筋率对PC柱抗爆性能的影响,并与普通RC柱进行了对比研究。研究发现,有无轴压比对PC柱的抗爆性能影响很大,存在轴压比的时,PC柱的侧向位移明显较小。提高混凝土等级,增大截面惯性矩以及增加纵筋配筋率均可提升PC柱抗爆性能,箍筋配筋率影响较小。在相同模拟工况下,RC柱与PC柱破坏形式有所不同,PC柱表现出了更好的抗爆性能。

近地面爆源参数的贝叶斯声震联合反演方法

提出了一种近地面爆源参数的贝叶斯声震联合反演方法,推导了多类型数据的贝叶斯声震联合定位理论,建立了爆源多参数的综合反演方法,探讨了声单传感器测点到时、声阵列方位角和到时及地震波到时等多类型数据的联合定位精度和特点,分析了格点搜索法和MCMC方法求解起爆时间、爆源位置等源参数的定位精度和求解效率,讨论了爆源多参数综合反演方法的性能。研究表明,贝叶斯声震联合反演方法得到的爆源参数分布范围集中、离散度小、相对声或地震等单一反演方法的源参数估计更稳定、估计偏差始终位于较小水平。贝叶斯MCMC方法在有限步长情况下可以快速搜索到真实解附近,相对格点搜索法定位精度和求解效率更高。起爆时间、爆源位置和爆炸当量等源参数综合反演具有较高的估计精度,其中爆源位置和当量真实值位于可信区间,95%可信区间可以有效估计爆源位置,90%可信区间可以有效估计爆炸当量。

近临界马赫数条件下楔形诱导斜爆轰数值模拟

在爆轰推进技术的有关研究中,形成稳定的爆轰波对于爆轰发动机产生稳定推力至关重要.通过理论推导确定了斜爆轰角与来流马赫数间的曲线关系,并给出临界马赫数.进一步采用一步总包反应模型,开展近临界马赫数条件下有、无黏性扩散的斜爆轰大尺度数值模拟.针对临界马赫数近CJ特征的斜爆轰,有、无黏性两种情况下的模拟结果表明,近临界马赫数条件下斜爆轰存在CJ爆轰上行现象,爆轰驻定后,具有全局波动特征.

近距爆破源振动采集系统

本文根据工程爆破测试的需要,提出了一种近爆点的振动信号采集节点的设计方案。该节点中使用一种新型的MEMS拾振器,采用Altera公司FPGA作为主控制器芯片,其中集成控制逻辑单元与NiosII软核嵌入式处理器,二者结合成为单芯片控制器方案。控制器运用多路FIFO进行数据缓冲,顺序传输数据至外部存储器,实现了多路数据的同步采集。拾振器与数据记录仪结合成为一体化的信号采集节点。该节点采样频带宽,体积小。适合近爆区域恶劣环境地震波信号的采集,节点可以灵活布置组成不同测试方案。

改进的声震分析模型与在近地面小当量化爆参数反演中的应用

声震分析方法在工业爆炸事故、恐怖袭击等近地面爆炸事件的源参数预测上具有十分广阔的应用前景,本文通过改进声学模型和采用贝叶斯马尔科夫链蒙特卡罗(Markov Chain Monte Carlo,MCMC)反演方法改进了现有的声震分析模型,改进的声震分析模型综合考虑了地冲击耦合和爆炸产物喷出地表的影响,声冲量修正关系相对Ford声冲量关系和实测数据符合得更好,适用于高埋深、浅埋和近地面空爆情况。采用改进的声震分析模型对30 kgTNT小当量化爆试验的源参数进行了分析,讨论了声震联合反演的精度。结果表明,改进声震分析模型在近地面小当量化爆参数反演中明显减小了单一模型反演的折衷关系,从而提高了源参数的估计精度。

当量和爆高(埋深)反演的声震分析方法

从声学模型、地震波模型和数据融合算法等3个方面系统介绍了当量和爆高(埋深)反演的声震分析方法最新成果:声学模型方面,介绍了半经验声学模型和全波形反演方法的进展,对已有声学模型进行了总结归纳,对比分析了各种模型的特点;地震波模型方面,基于地震波传播路径分为前驱地震波模型和声耦合地震波模型,分别对其进展和特点进行了介绍;数据融合算法方面,对已有的数据融合算法进行了总结归纳,对比分析了各种数据融合算法的特点和进展情况。最后,对声震分析方法进行了总结和展望。

爆炸冲击波与高速破片对夹层结构的联合毁伤效应试验研究

为探讨爆炸冲击波和高速破片联合作用对夹层结构的毁伤机理,进行了钢-玻璃钢-钢夹层结构空中近爆模型试验,分析了结构变形破坏模式及冲击波与高速破片的联合毁伤机制。结果表明,爆炸冲击波和高速破片联合作用下,结构的毁伤程度远大于冲击波的单独作用。爆炸冲击波单独作用时,夹层结构前、后面板均产生褶皱变形,玻璃钢夹芯板则以大面积分层破坏和纤维层的脱落为主。而在爆炸冲击波和高速破片联合作用下,前面板以反向大变形和中部穿甲大破口为主,后面板以大变形和花瓣开裂为主,玻璃钢夹芯板则产生了较大的穿甲破口和分层破坏。爆炸冲击波能量主要通过前、后面板的塑性大变形和玻璃钢夹芯板的分层破坏吸收。高速破片的动能则主要通过前、后面板的剪切破坏、玻璃钢板的分层破坏和纤维层的拉伸断裂吸收。

地下管道结构爆振效应和冲击破坏行为实验

通过小当量爆炸实验研究爆源近区地下结构动力响应和材料破坏行为。研究了地下管道结构的爆炸振动效应,分析了混凝土材料在爆炸冲击波作用下的破坏行为。结果表明,爆炸振动波使地下管道结构发生以瞬态径向压缩为主的变形,以及沿轴向和环向两方向的刚体振动响应。在爆源近场随爆炸折算距离变化,爆炸冲击波可以引起混凝土管道结构的3种破坏行为,即结构破坏、结构和材料耦合破坏以及材料破坏行为。

微尺度爆震燃烧研究进展

微尺度爆震燃烧(Microscale Detonation)是基于微燃烧(Microscale Combustion)和微动力机电系统(Power MEMS)提出来的新研究方向。目的是为了把爆震燃烧这一高效的燃烧方式应用于微动力领域,以解决人们对小型、高性能动力的需求。几十年来,人们虽然在爆震燃烧的研究中涉及了一些与微爆震相关的内容,但是对其机理的了解仍然十分不足。本文从微爆震基本概念出发,对其现象、成因、影响因素及需要解决的问题等方面进行综述,总结了目前国内外重要的研究成果,为今后进一步的探索提供参考。

装药参数影响钢筋混凝土柱毁伤效应的试验与数值仿真研究

装药参数是影响近爆作用下钢筋混凝土构件毁伤效应的重要因素,研究不同装药参数对构件毁伤的影响规律,对改进战斗部设计、优化火力打击方案具有指导意义。采用长径比为5.5、装药质量为10 kg、轴线与柱轴线方向平行的圆柱形装药,在比例距离r=0.2 m·kg^(-1/3)处开展了钢筋混凝土单层排架结构厂房的支撑柱的近爆毁伤试验,并设置了球形装药的对比试验。试验结果表明:圆柱形装药的毁伤效果强于球形装药,试验数据验证了数值仿真模型的可靠性。以圆柱形装药的长径比、炸高、药量和作用距离为研究因素,为各因素分别确定3个水平,利用正交模拟试验法设计并获得9种不同装药参数工况下钢筋混凝土的爆炸毁伤仿真结果,分析得到了圆柱形装药参数对钢筋混凝土柱毁伤效应的影响规律:圆柱形装药的药量对毁伤程度影响最大,长径比的影响次之,炸高对毁伤程度的影响最小;当4.5≤L/D≤6.5时,装药长径比越大对构件的毁伤效应越大;当炸高分别为1/4、1/2和3/4柱高度时,装药在1/4柱高位置处爆炸对支撑柱的毁伤效果最佳。

压电式压力传感器动态特性补偿技术研究

针对近爆区冲击波压力测试中压电式压力传感器因动态特性不佳造成信号畸变之问题,通过激波管动态校准试验,分析传感器动态特性;对造成动态测试误差的主要因素,利用动态补偿技术设计数字补偿滤波器,对传感器爆炸信号进行补偿处理。结果表明,该方法能有效减小动态测试误差、提高近爆区冲击波压力测试精度。