近距离爆炸作用下RC桥墩毁伤模式及其轴力效应数值模拟

为研究近距离爆炸作用下钢筋混凝土桥墩的毁伤模式,利用显式非线性动力分析软件LS-DYNA建立了包含空气域、炸药和RC桥墩的精细化三维数值模型,通过与已有文献的试验结果进行对比,验证了有限元模型的有效性,并进一步分析了轴力效应对RC桥墩毁伤模式的影响.结果表明:近距离爆炸作用下RC桥墩的毁伤模式可归纳为无剥落破坏、剥落破坏和冲切破坏3种;对于圆柱试件,以爆炸距离0.2 m为例,当比例距离Z≥0.200 m/kg^(1/3)时,发生无剥落破坏;当0.117 m/kg^(1/3)≤Z<0.200 m/kg^(1/3)时,发生剥落破坏;当Z<0.117 m/kg^(1/3)时,发生冲切破坏.在近距离爆炸作用下,轴向荷载对RC桥墩抗爆性能的影响与其毁伤模式有关,当RC桥墩的毁伤模式是无剥落破坏或者轻微的剥落破坏时,随着轴向荷载的增加,RC桥墩的毁伤程度有所减轻;但当RC桥墩的毁伤模式是严重的剥落破坏或者冲切破坏时,随着轴向荷载的增加,RC桥墩的毁伤程度加剧.研究结果可为RC墩柱抗爆设计和毁伤评估提供参考.

近距离爆炸比例爆距的界定标准及荷载模型

如何准确界定“近距离爆炸(close-in explosion)”一直是防护工程研究领域的热点。本文中基于已被充分验证的精细化有限元模型,研究了TNT球形装药自由场爆炸冲击波传播与爆轰产物高速膨胀共同作用的特点和规律,发现在比例爆距小于0.80 m/kg^(1/3)的范围内,爆轰产物对刚性壁面的爆炸荷载影响显著,提出球形装药近距离爆炸的比例爆距界定标准为0.30~0.80 m/kg^(1/3)。研究发现,在近距离爆炸下,爆炸波在入射角为0°~5°范围内的刚性壁面反射荷载峰值会出现急剧下降的现象,这是由爆轰产物喷射的不均匀性和随机性导致的;近距离爆炸下,刚性壁面反射超压出现了两个峰值的现象,这是由冲击波和爆轰产物分别与刚性壁面相互作用导致的。提出了近距离爆炸情况下两个荷载峰值的计算公式,以及适合工程结构响应计算的简化荷载模型;揭示了近距离爆炸下刚性壁面反射超压的分布规律。

近距离爆炸下不同厚度靶板的动态响应分析

运用量纲分析得到影响近距离爆炸下靶板动力响应的独立变量,通过动力有限元分析软件LS-DYNA中流固耦合算法,对一定药量TNT的球形装药的爆炸过程进行数值仿真.利用数值分析的优势,在装药量与作用距离不变的情况下,通过改变金属靶板厚度得到靶板的挠度峰值与厚度、靶板的速度峰值与靶板厚度的倒数均呈线性关系.

装药水下近距离爆炸作功能力的试验测量方法

通常水下爆炸能量测试结果只反映炸药自身的能量结构,无法表征装药对邻近结构物的作功能力。基于效应物动响应对装药水下接触及近距离非接触爆炸的作功能力试验测量技术进行初步研究。采取弹道摆试验方法实现水下接触爆炸,以爆炸驱动下摆体获得的冲量来表征装药水下接触爆炸的作功能力。采用两种试验方法表征水下近距离非接触爆炸的作功能力:第1种为边界可滑移圆板的动响应,通过观测靶板中心变形时程,得到冲击波及气泡的阶段毁伤比例及总体毁伤情况;第2种以强舱段缩比模型的整体运动响应,以刚体运动及位移得到爆炸载荷的驱动能力。试验结果表明:水下接触爆炸时冲量约为空中爆炸时的3倍;近距离爆炸时,冲击波及气泡两个阶段的变形能比例为先快速减小再趋于平缓的变化过程,距离药包越近,能量吸收比例越小。试验测量技术可为水中兵器毁伤威力评估提供一定的技术参考。

接触爆炸和近距离爆炸比冲量数值仿真研究

对于接触爆炸和近距离爆炸的情况,炸药形状、起爆点位置和产物喷射均会造成载荷空间分布复杂,给理论分析和工程应用带来困难。分别采用流固耦合方法和PBM方法对Nansteel近距离爆炸子弹抛掷实验进行数值仿真,结果表明PBM模型仿真结果和实验结果吻合较好,而流固耦合模型仿真结果仅为实验值的70%左右.对于高度为3~10 cm的等长径比TNT药柱接触爆炸仿真结果表明,中心点比冲量随药柱高度线性变化.对640 g和1250 g等长径比TNT药柱仿真结果表明,爆心距的变化主要影响靶板中心点6 cm半径内的比冲量,基于量纲分析推导出了比冲量的经验公式.

基于ABAQUS平台JH-2本构的核电厂安全壳结构抗近距离爆炸分析研究

近年来随着恐怖袭击和局部冲突风险加大,核电厂安全壳结构在近距离爆炸下的抗侵彻能力日益引起关注。在ABAQUS平台下采用JH-2本构模拟混凝土,利用文献报道的试验对数值模拟方法和参数进行了标定,结果符合良好。又将其应用于典型核电厂预应力安全壳在100kg炸药近距离爆炸下的分析,结果表明安全壳结构背部钢衬里未屈服,不会出现贯通侵彻破坏。

近距离爆炸作用下工字形截面钢柱荷载分布与动态响应数值模拟研究

作为钢结构中主要承重构件的钢柱,其在近距离爆炸作用下的荷载分布和动态响应,尤其是入射角对钢柱爆炸荷载和动态响应的影响规律等方面研究较为匮乏。为此,采用LS-DYNA有限元分析软件,研究近距离爆炸作用下工字形截面钢柱在不同入射角下的爆炸荷载分布和动态响应。结果表明:当冲击波加载于钢柱截面强轴时,翼缘板爆炸荷载受稀疏波效应影响显著,与无限大反射面的相比,其反射冲量下降10%~50%;近距离爆炸工况下稀疏波传播速度远大于现行抗爆设计规范中所假设的环境声速,表明环境声速假设在近距离爆炸工况下并不适用;在弱轴加载工况下,稀疏波效应并不明显,由于冲击波在截面内发生多次反射,延长了其正相持时,因而腹板上的峰值冲量反而高于无限大反射面条件下的峰值冲量;当入射角小于同时通过迎爆侧翼缘板边缘点与工字形截面形心的入射角时,冲击波的主要作用区域为两翼缘板与腹板所围内凹区域,其爆炸荷载和腹板局部变形在入射角为30°时达到最大值,两个半翼缘板呈向外张开态势,且张开幅度随入射角的增大而减小;而当入射角大于同时通过迎爆侧翼缘板边缘点与工字形截面形心的入射角时,冲击波则主要作用于迎爆侧翼缘板,其爆炸荷载和整体挠度在入射角为90°时达到最大值,两个半翼缘板向内闭合,且闭合幅度随入射角的增大而增大。

碳纤维布加固砌体填充墙抗近距离小当量炸药爆炸数值模拟研究

该文采用数值模拟方法对碳纤维布加固砌体填充墙抵抗近距离小当量炸药爆炸进行了研究。进行了1/2缩比的砌体填充墙爆炸实验,对文中墙体抗爆分析数值分析方法的有效性进行了检验。建立了实际墙体的有限元模型,采用LS-DYNA程序对单层和多层纤维布加固的砌体填充墙在爆炸荷载作用下的破坏形式进行了分析。研究表明:近距离小当量爆炸时,砌体填充墙的破坏主要表现为爆炸近区的砌块在爆炸荷载的驱动下,撕裂纤维布向后以较高的速度飞散运动;纤维布的破坏主要表现为横向拉伸应力超过强度极限而产生拉伸断裂,并由爆炸近区分别沿水平和垂直方向向周围发展;当纤维布层间粘结能力有限时,难以发挥纤维方向抗拉强度高的优点。

碳纤维布加固砌体填充墙抗近距离小当量炸药爆炸实验研究

该文实验研究了无加固、单层碳纤维布加固和多层碳纤维布加固的单向砌体填充墙在近距离小当量炸药爆炸作用下的破坏形式和失效机理。研究表明,近距离小当量炸药爆炸条件下,墙体通常受到局部破坏和整体破坏作用。采用墙体背部粘贴锚固纤维布的加固措施,可以有效减小炸药爆炸对墙体的局部破坏和整体破坏作用。为了使墙体能够抵抗近距离小当量炸药的爆炸,在爆炸近区和爆炸远区需要根据墙体结构形式和纤维布的具体形式分别选用合适的纤维布铺层方式和层数。

水下近场爆炸载荷作用下船底结构能量分析

本文基于普通拉格朗日欧拉(CEL)耦合法研究水下近距离下不同炸药量爆炸对舰船底部分段结构的能量分布情况及能量耗散情况,给出了船底分段结构在水下近场爆炸载荷作用下的计算方法。研究发现,炸药能量与炸药质量成严格正比关系,随着时间的增加不同工况下炸药耗散的能量基本相同,作用到船底分段结构的能量与炸药量呈正比的关系。被爆结构相同,炸药形状大致一致时,耗散到空气中的能量与炸药的质量呈严格线性关系。

TNT对近距离接触爆炸下防爆钢结构响应的影响研究

为了研究防爆钢在小当量TNT近距离接触爆炸工况下的结构响应,开展了弹道冲击摆系统的实验研究,建立了不同形式的防爆钢靶板网格,从变形模式以及变形量两方面对靶板的数值模拟结果进行了分析,通过与实验结果对比发现,均匀大小的实体网格模型更加适合于近距离接触爆炸工况下的数值仿真计算。在此基础上研究相同当量不同径高比、相同半径不同高度、相同高度不同半径3种不同工况下的TNT爆炸对防爆钢结构响应的影响。研究结果表明,随着TNT高径比的减小,靶板变形量逐渐增大;随着TNT高度的增大,靶板变形量呈阶梯式增大;随着TNT半径的增大,靶板变形量逐渐增大,且增幅越来越大。

爆炸载荷下建筑物动态响应的数值分析

为了研究建筑物在爆炸载荷下的动态响应,采用有限元的方法对近距离爆炸对建筑物的破坏效应进行了数值模拟研究。建立了一个七层七跨的钢筋混凝土(带门窗)结构建筑模型,对800 kg TNT炸药在正面及侧面不同距离处爆炸时建筑物的响应特性进行研究,得出了每种工况下建筑物不同位置处压力、速度、加速度及位移随时间变化曲线。为建筑物在外爆炸作用下的破坏效应评估提供了重要的参考。