缩管式恒阻大变形锚杆抗冲击特性及其治理岩爆潜力研究

深部岩体非线性大变形特性引发的岩爆灾害一直是岩土工程的世界性难题,严重制约了工程建设的施工进度和工程安全,加强对岩爆防治措施的深入研究刻不容缓。基于钢管挤压变形原理,提出了一种新型的缩管式恒阻大变形锚杆,该种锚杆可在容许较大的变形量的同时提供较高的恒阻力。在前期研究的基础上,通过落锤冲击试验探索了缩管式恒阻大变形锚杆的抗冲击性能。试验结果表明:在整个冲击过程中,缩管式恒阻大变形锚杆的工作阻力稳定在150~180 kN范围内,恒阻特性显著;缩管式恒阻大变形锚杆吸收能量大、效率高,单次可吸收冲击能量为53kJ;在冲击过程中,试件压缩率仅减小了0.54%~1.43%,变形情况较为稳定。缩管式恒阻大变形锚杆具有良好的抗冲击特能,可为地下工程建设过程中岩爆灾害的治理提供有力的技术支撑。

基于多目标优化方法的FGT管吸能特性研究

为提升舰船反应堆弹性支承结构的抗冲击性,保护反应堆乃至整个舰船的结构安全,对支承方案的吸能结构进行结构优化,通过提升支承结构的综合吸能特性从而实现其抗冲击性优化的目的。利用JLY-6500型号实验机对试件进行冲击试验,基于ANSYS/LS-DYNA软件建立圆柱壳吸能结构试验模型,得到的数值模拟结果与试验吻合。采用目标规划法和功效系数法对多目标优化问题进行求解,对一种新型的具有功能梯度厚度(functional gradient thickness,FGT)的金属管结构进行吸能特性研究。研究结果表明,FGT管在[20 kJ,27.5 kJ]轴向冲击能量范围内各项吸能评价指标(比吸能、冲程效率、平均载荷)都有一定程度的改善,优化效果明显;FGT管在(10°、20°、30°)的斜向冲击下更难进入全局弯曲变形模式,这意味着FGT管有着更大的临界加载角度。优化后的FGT管在大多数冲击情况下,综合抗碰撞性能都优于UT(uniform thickness)管。本文分析结果可为实际支承结构的设计和维护提供参考。

基于JK落重和Bond球磨功指数试验的铁矿石碎磨特性及流程模拟计算

弓长岭选厂目前采用传统的“三段一闭路破碎”、“阶段磨矿”的碎磨工艺流程,存在生产工艺流程长且磨矿能耗偏高等问题。因此拟在粗碎后增加(半)自磨作业,降低进入球磨物料的粒度,以期降低磨矿作业能耗,优化碎磨作业工艺流程,提高选厂的作业生产能力,降低磨矿作业生产成本。试验原料铁矿石品位为28.27%,其中铁主要以磁铁矿的形式存在,脉石主要为SiO2,含量为48.61%。以鞍钢弓长岭选厂作业流程中粗碎产品进行JK落重试验,细碎产品进行Bond球磨功指数试验,对矿石的碎磨特性参数进行深入研究。研究结果表明,矿石的冲击破碎模型t10=70.099×(1-exp-0.647×Ecs),其中A为冲击粉碎参数,其值为70.099,b为0.647,A×b为45.354,矿石的抗冲击破碎能力属于中等级别,且随着颗粒粒度的减小而增大;矿石磨蚀系数ta为0.361,抗磨蚀能力为中等级别;矿石的相对密度为3.26。Bond球磨功指数试验获得的功指数Wib=11.7665kWh/t,属于中硬矿石,可以采用(半)自磨工艺。半自磨机设计给矿粒度为F80=160mm,最终产品粒度P80=86μm,JKsimMet软件模拟结果表明,需要2台Φ8.8m×5.1m半自磨机(装机功率7000kW)可满足生产要求。该试验结果对后续选厂工艺流程的优化具有重要意义。

球销落锤冲击的仿真研究

汽车行驶中的误用工况导致底盘承受异常的冲击载荷,为避免遇到冲击载荷时底盘结构件发生断裂导致严重的整车安全事故,需要对结构件抗冲击载荷能力进行评估,尤其是球销作为底盘结构件的连接单元不允许出现断裂。对抗冲击载荷能力的评估,一方面需要采用落锤冲击试验的方法,另一方面需要开展仿真研究进行虚拟分析,提前预判抗冲击载荷设计的效果。仿真中,利用Abaqus的显式分析功能,采用Johnson-CookDamage材料损伤失效模型参数,通过不断提升落锤高度得到不同冲击能量下球销的塑性变形情况,直至球销发生断裂为止。与之同时开展了落锤冲击试验,设置相同的落锤高度来对比仿真和试验,两者结果基本吻合,为球销的抗冲击载荷正向设计提供了一个可行的途径。

碳纤维布增强聚丙烯板落锤试验研究

为研究碳纤维布增强聚丙烯板材的抗冲击性能,利用环氧树脂采用外贴的方式分别制备单层碳纤维布和双层碳纤维布的复合板材,同时设置未粘贴碳纤维布的对照组试件,并通过采用INSTRON CEAST 9350落锤冲击试验系统分别以4、8、12 J的能量进行落锤试验,并得出冲击荷载-位移的曲线和试验后板材的损伤破坏形态。试验结果表明,外贴碳纤维布能够显著提高聚丙烯板材的抗冲击性,并且也能够减少聚丙烯板材在冲击荷载下“应力发白”现象的产生,同时粘贴双层的碳纤维布的板材的抗冲击能力优于粘贴单层碳纤维布的板材。

低速冲击下抗事故包装箱冲击保护设计与试验研究

目的旨在探讨抗事故包装箱在低速冲击条件下的冲击保护设计,以提高其对内部物品的保护能力,确保在跌落或碰撞事件中的安全性。方法利用落锤冲击试验复现低速冲击环境,对3种不同缓冲层设计的冲击保护装置进行了细致的试验分析,评估并对比了它们在防护性能上的表现。结果试验结果表明,在进行的24组试验中,采用双层组合抗冲击设计的液固耦合冲击保护装置,以其卓越的性能达到了99.50%的冲击防护效率,突显了其在防护性能上的显著优势。同时,改变落锤的下落高度以及内部填充非牛顿流体的黏度,对冲击防护效率有着重要的影响。结论成功验证了缓冲层设计对提高抗事故包装箱抗冲击性能的重要性。通过合理设计冲击保护装置,可以有效提升包装箱的抗冲击能力,为高风险物品的安全运输提供了科学依据。

基于J-C本构模型的Comp.B炸药落锤冲击数值模拟

为研究Comp.B炸药在惯性冲击下的力学响应特性,基于Johnson-Cook本构模型,对点火前的Comp.B炸药大落锤(400 kg)冲击实验进行了数值模拟.在不同应力加载条件下模拟计算得到了用状态方程和不用状态方程的σ-t曲线,对比应力峰值、应力上升时间等主要力学参数,结果表明考虑了状态方程的数值模拟结果与实验吻合最好,可以很好地模拟炸药惯性冲击下的力学响应.

钢纤维轻骨料混凝土抗冲击性能试验研究与统计分析

对5组钢纤维体积掺量分别为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%的钢纤维轻骨料混凝土圆饼试件进行了自由落锤冲击试验.试验结果表明:钢纤维的掺入可以提高轻骨料混凝土的抗冲击性能,而且钢纤维的体积掺量越多,提高效果越明显.由于试验结果具有较大的离散性,借助数理统计的方法对试验结果进行分析,研究随着钢纤维掺量的改变,钢纤维轻骨料混凝土抗冲击性能的变化规律.采用对数正态分布和两参数的威布尔分布分别对5组钢纤维轻骨料混凝土的抗冲击性能进行概率分布拟合,拟合结果表明,对数正态分布和两参数威布尔分布均能很好地描述不同掺量钢纤维轻骨料混凝土的抗冲击性能.最后,采用两种分布拟合了钢纤维轻骨料混凝土的抗冲击性能方程.

垂向冲击作用下金字塔点阵夹芯单元结构失效分析

为研究金字塔点阵夹芯结构在垂向冲击载荷作用下的动态力学性能,通过对其中一个单元结构在垂向压力作用下的受力和失效模式分析,同时考虑应变强化和应变率影响,建立了结构失效应力计算方法。为验证该计算方法,开展了落锤冲击试验,同时利用高速摄影机记录模型的响应过程,测量了模型垂向压缩的等效应力-应变关系。试验结果表明:结构失效模式与理论分析吻合,结构失效应力与理论计算相差不大。该研究结果可为金字塔点阵夹芯结构冲击吸能理论研究和数值仿真研究提供参考。

落锤冲击荷载作用下蒸压加气混凝土的缓冲性能试验研究

蒸压加气混凝土落锤冲击试验考虑了试件的厚度、落距对冲击力最大值的影响。试验结果表明,一定冲击能量下试件的冲击力最大值随自身厚度增加先变小后变大,存在一个使冲击力最大值为最小的最佳厚度。提出了冲击力最大值的计算公式,公式与试验结果吻合良好,并得出了最佳厚度的计算方法。冲击过程中,冲击能量转化为缓冲层材料的表面能,转化的量随厚度先增大后减小,缓冲效果先变好后变差。

落锤撞击加速度的测试及讨论

在落锤试验中测量了落锤的撞击加速度，对几种炸药试验过程中落锤的加速度时间曲线进行了讨论。

钢纤维混凝土配筋梁落锤冲击试验研究

采用落锤冲击试验装置,进行了不同纤维含量的钢纤维混凝土配筋梁试件的抗冲击性能试验研究。获得了落锤冲击力、跨中位移及钢筋应变等试验结果,并记录了冲击荷载作用后试件裂缝的分布情况。根据试验结果对钢纤维混凝土配筋梁的动力响应特性、动态损伤过程以及内部能量耗散特点进行了分析和讨论。试验结果表明,钢纤维能够增强试件整体的韧性,增大冲击荷载作用时试件参与耗能区域的面积,从而提高试的件抗冲击承载能力;钢纤维含量越多,试件将在荷载作用全过程的受压阶段将消耗更多的能量,而在受拉阶段消耗的能量将减少。

冲击荷载作用下高强钢筋混凝土梁性能试验

为深入探讨冲击荷载作用下高强钢筋混凝土(RC)配筋梁的抗冲击性能,利用落锤试验机对6根简支RC梁进行了试验研究,分析了不同冲击锤质量和冲击能量下高强钢筋混凝土梁的抗冲击行为.采用高速摄像机记录了各试件在冲击过程中裂缝发生的过程,记录并分析了冲击力、支座反力和跨中位移时程曲线的特征.结果表明:冲击荷载作用下,剪切机理在结构整体反应中发挥重要作用,静态抗弯设计的梁也会出现明显的对称剪切裂缝,试件基体混凝土强度对整体反应影响不大,但能减小试件局部破坏程度;在已有数据与相关文献的基础上,建立了一个冲击荷载作用下试件最大跨中位移与试件本身抗弯承载能力之间的关系,用于验证两端简支的配筋RC梁(剪弯比>1)的抗冲击性能;冲击荷载作用下,在外力传导至支座处之前的初始反应阶段,RC梁承受的冲击力基本被自身的惯性力所抵抗.结构自身的刚度和跨度是影响构件抗冲击能力的一个重要因素.

聚丙烯纤维特性对混凝土抗冲击性能的影响

通过落锤冲击试验对聚丙烯纤维混凝土进行试验研究,分析比较了纤维形态、长度以及掺量对混凝土抗冲击性能的影响规律和增强机理,并进一步分析了混凝土的延性与试验结果的离散性。结果表明:掺入聚丙烯纤维能有效提高混凝土的抗冲击性能,且短纤维优于长纤维,网状纤维优于单丝纤维,混凝土的抗冲击性能与纤维掺量呈正比;掺入长纤维有助于改善混凝土的延性,且延性系数与纤维掺量呈正比;混凝土中掺入聚丙烯纤维会导致试验结果的离散性增加。

多轴向经编增强复合材料低速冲击下能量吸收特性的研究

从多轴向经编增强结构本身的特点出发 ,利用我们自己建立的一套落锤冲击试验装置 ,对玻璃纤维 /DTY多轴向经编增强玻璃纤维 /环氧树脂复合材料板进行了低速低能量的冲击试验研究。通过传感器技术及其相应的信号处理装置记录落锤冲击试验过程中速度随时间变化曲线 ,直接计算冲击动能和材料所吸收的冲击能量 ,通过数学处理得到各种冲击试样的能量吸收系数 ,对多轴向经编结构增强复合材料的冲击失效过程和影响能量吸收特性的因素进行试验研究和分析。

冲击载荷作用下孔洞花岗岩的应变演化及破坏特征

为研究不同孔洞数量和排列方式的孔洞岩石在冲击载荷下的应变演化及破坏特征,对含有单一孔洞、水平双孔洞、垂直双孔洞、水平3孔洞和垂直3孔洞的5种花岗岩试样进行落锤冲击试验,借助高速摄像仪和数字散斑技术(DIC)对各试样表面的应变演化和裂纹扩展进行记录和分析。研究结果表明:垂直孔洞试样的冲击响应力峰值随孔洞数量的增加而减小;试样表面的高应变集中区有一个渐进移动和演化的过程,且高应变集中区在移动至孔洞之前和穿过孔洞之后其形状均为椭圆状,在经过孔洞时形状变为狭窄的长条状;垂直孔洞试样比水平孔洞试样的高应变集中区为长条状的时间长;孔洞周围的平均应变演化受孔洞数量和排列方式的影响显著,且水平孔洞试样比垂直孔洞试样中孔洞周围的最大平均应变出现的时间晚;5种类型试样的破坏裂纹以轴向拉伸裂纹为主,所有试样均表现为明显的劈裂破坏;垂直孔洞试样的破坏形态复杂,局部的剪切裂纹和拉伸−剪切混合裂纹作用位置受孔洞数量影响;与垂直孔洞试样相比,水平孔洞试样的最终破坏形态简单且裂纹类型不受孔洞数量影响。

描述混凝土块体间碰撞性能的冲量模型

采用单摆和垂直轨道装置进行了混凝土块体对心碰撞试验。研究参数包括质量比、初始相对碰撞速度、绝对质量和相对加速度。利用LS-DYNA有限元程序数值再现试验过程。在此基础上选取初始碰撞夹角、有效碰撞面积和混凝土抗压强度为研究参数,进行了补充数值试验。基于试验和补充数值试验结果,经回归分析得到了混凝土块体对心碰撞力学模型。此外,考虑到试验中参数的变化,对试验进行了扩展数值模拟。采用模型得到的结果与扩展数值模拟结果吻合良好。

应用仪器化DWTT试验评价管线钢的动态韧断行为

基于三点弯曲试样韧断铰链模型,建立了根据加载点位移与韧带宽度关系定量评价材料裂纹尖端张开角度(CTOA)值的单试样方法。使用能量高达40k J的摆锤冲击机对压制缺口落锤撕裂试样(DWTT)试样实施仪器化冲击,采用关键曲线法验证了韧断过程中试样极限载荷与韧带宽度平方值的线性关系,进而提供了一种评测材料参数A*σf的试验方法。针对全板厚与减薄试样的试验结果表明,尽管由于初始韧带截面积的不同导致试样在承载耗能上存在显著差异,但在裂纹扩展阶段两组试样的CTOA值与变化趋势近似一致。所设定的对应裂纹长度25 mm^40 mm的稳态阶段,临界CTOA值,即CTOAC作为材料止裂性能的本征参数,其结果不受试样厚度影响而基本保持基本恒定。

不同缺口类型X100钢管的韧性特征及断裂规律

止裂韧性是管线钢的一项重要性能指标,准确测定钢管的止裂韧性对于保证管线的安全运行具有重要意义。为此,采用不同温度下的落锤撕裂试验(Drop Weight Tear Test,DWTT)研究了人字形和压制V形2种缺口X100钢管的能量特征,从吸收能、断口剪切面积、总吸收能、起裂能和扩展能等方面对其能量进行了表征和分析,同时进行了不同温度下的夏比V形(Charpy V-type Notch,CVN)冲击试验,对比分析了不同缺口类型X100钢管DWTT能量密度与CVN能量密度的变化。结果表明:相对于人字形缺口试样,压制V形缺口试样的总吸收能较高,韧脆转变温度较低,能量密度较高,扩展能与总吸收能之比较低,总吸收能和扩展能对温度较为敏感,起裂能则对温度不敏感;起裂能量密度、扩展能量密度与总能量密度之间,以及起裂能量密度与CVN总能量密度之间具有线性关系;相对于CVN冲击试验,DWTT所得到的韧脆转变温度较高。通过DWTT与CVN的对比分析,推荐采用Battelle能量关系式来建立DWTT与CVN的能量关系。

冲击载荷作用下新型加筋板损伤变形试验研究

船舶在遭遇碰撞搁浅事故时,加筋板是最先受到载荷的构件,其耐碰撞性能直接影响船体结构的安全性.文中以船体典型加筋板结构为研究对象,基于重量等效原则设计了结构近似的传统加筋板与U型加强筋加筋板,通过开展落锤碰撞试验,从损伤变形、碰撞载荷方面分析结构响应.结果表明,在相同撞击能量的情况下,U型加强筋加筋板的极限撞深与残余变形均小于传统加筋板,在碰撞后期,U型加强筋加筋板的碰撞力明显高于传统加强筋加筋板.