不同纤维对高强轻骨料混凝土力学性能影响及微观机理研究

为改善高强轻骨料混凝土的力学性能和弯曲韧性,研究了玄武岩纤维、细聚乙烯醇纤维、仿钢纤维、聚丙烯纤维和粗聚乙烯醇纤维的掺入对高强轻骨料混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度和抗弯强度的影响规律。通过4点弯曲试验获取荷载-挠度曲线,基于韧性指标对比分析了5种纤维对高强轻骨料混凝土弯曲韧性的影响。通过扫描电子显微镜观察纤维破坏前后的表面微观形貌,阐释了不同纤维的增强增韧机理。研究结果表明:掺入纤维对高强轻骨料混凝土的力学性能均有提升,主要提升高强轻骨料混凝土的抗拉性能和弯曲韧性。粗聚乙烯醇纤维提升劈裂抗拉强度和抗弯强度程度最大,分别提高了83%和220%,使高强轻骨料混凝土破坏由脆性转为高延性。纤维对高强轻骨料混凝土抗拉性能和韧性的提升与纤维表面损伤程度成正比。

钢筋-砂浆面层交叉条带加固带填充墙框架抗震性能试验研究

为研究钢筋-砂浆面层交叉条带加固带填充墙框架结构的抗震性能并建立受剪承载力计算公式,设计制作了8榀低矮填充墙框架结构、3榀高窄填充墙框架结构、1榀未设钢筋-砂浆面层交叉条带加固的对照试件,进行了抗震性能试验。结果表明:钢筋-砂浆面层交叉条带加固带填充墙框架的受剪承载力受混凝土强度、框架柱截面尺寸以及交叉条带配筋量影响较大,加固后受剪承载力最高可提升40%;加固后试件的耗能能力和延性均有一定程度的提升;在填充墙上增设的钢筋-砂浆面层交叉条带可视为协助框架结构受力的拉压杆体系。对试验数据进行拟合得到加固后试件受剪承载力计算公式,结果表明:框架、填充墙和交叉条带之间有承载力协同效果,填充墙框架结构的公式计算值和试验值吻合较好。

改进锚固的钢丝绳-聚合物砂浆交叉条带加固砌体墙拟静力试验研究

本文基于新的钢丝绳锚固方式和墙体构造措施,进行了5片砌体墙的抗震拟静力试验,其中4片采用钢丝绳-聚合物砂浆交叉条带法加固,1片未加固墙作为对照组。综合前期已有试验数据,推导钢丝绳-聚合物砂浆交叉条带法加固砌体墙的抗剪承载力公式。试验表明:改进锚固方式后的交叉条带法在构造上更为可靠,能有效提高砌体墙抗剪承载力,组合墙体承载力较未加固墙提高65%以上,较旧锚固法承载力平均可提高30%;交叉条带对墙体裂缝的出现和发展有一定限制作用,使得墙体的延性有所提高;受力时条带拉压杆体系与原有墙体之间的协同效应能有效提高承载力。最后根据8片墙拟合出的加固墙体抗剪承载力计算公式与试验数据吻合较好,可在相关研究分析中参考使用。

基于自适应网格多目标鲸鱼算法的火力分配问题研究

传统多目标优化算法在解决多于两个目标函数的火力分配问题时收敛效果不佳,多样性差,耗时过大。基于此,提出了一种自适应网格多目标鲸鱼优化算法(AG-MOWOA)来解决以震塌比例、弹药成本和自身剩余价值为目标函数的火力分配问题。该算法引入混沌映射和外部Pareto存档进化策略提高了种群的多样性,通过自适应网格选取最优个体的方法极大地减少了算法运行时间。仿真实验结果表明,该算法较其他算法收敛速度更快、收敛质量更高、解集分布更多样,能够有效解决火力分配问题。

弹体对超高性能混凝土侵彻深度的研究

为了评估超高性能混凝土(UHPC)的抗侵彻性能,对UHPC靶板进行了侵彻试验与数值模拟。首先,利用Φ35 mm火炮对抗压强度为160 MPa的UHPC靶板开展了216~345 m/s速度下的弹体侵彻试验,结果表明:随着弹体速度的增加,侵彻深度与开坑直径皆有明显增加。随后在数值模拟过程中,确立了UHPC的RHT材料模型参数,为了验证材料模型的有效性,采用单轴压缩与霍普金森压杆试验结果对三维有限元模型进行了验证,模拟结果与实验结果吻合良好,表明参数选取科学合理。最后,对弹体侵彻UHPC的过程进行数值模拟,参数化分析了UHPC抗压强度、弹体质量、侵彻速度、弹径、弹头形状对UHPC侵彻深度的影响,并据此推导出弹体对UHPC侵彻深度计算公式。

爆炸冲击波在变截面通道中传播规律数值研究

为研究在变截面通道内爆炸冲击波的传播规律,利用LS-DYNA软件对变截面通道内部TNT爆炸进行数值模拟,在LS-DYNA中分析了不同截面变化中冲击波传播云图以及不同测点处超压时程曲线,研究了截面大小变化率和截面长度变化率对爆炸冲击波在变截面通道内传播的影响。结果表明:截面由小变大时,随着截面面积增大,消波率先迅速减小后略微增大再减小,整体上截面面积越大,消波效果越好;截面由大变小时,爆炸冲击波在刚进入截面缩小段,一部分直接以平面波的形式进入缩小段,一部分与截面变化处壁面发生碰撞反射,反射使得该部分爆炸冲击波超压变大并向反方向传播,当小截面缩小至原来一半时,出口处测得爆炸冲击波相当于原来2倍药量在直通道中爆炸的冲击波;同时得到了冲击波超压峰值在不同工况下沿变截面直通道内传播的拟合方程,可为研究新型消波系统提供理论依据。

异型陶瓷负泊松比复合结构的防弹防爆性能数值模拟研究

负泊松比结构由于优异的力学特性,逐渐被广泛应用于抗爆炸、抗侵彻等领域。提出了一种基于负泊松比结构的复合结构,从抗侵彻、抗爆炸两个角度设计了三个主要功能层,运用有限元仿真方法探究了异型陶瓷负泊松比复合结构在爆炸环境和弹丸侵彻下的响应特征,分析了防护机理并设计了参数优化方案,研究了陶瓷层最低厚度、负泊松比结构纵向蜂窝数、内凹六边形凹角、钢板厚度、聚脲层厚度等参数对结构抗爆抗弹性能的影响。通过能量吸收率(Specific Energy Absorption,SEA)、侵彻深度、中心点位移等指标评估不同参数组对应复合结构的防护能力。结果表明,陶瓷层最低厚度是影响结构抗侵彻能力的最大因素,聚脲层厚度和负泊松比结构纵向蜂窝数是影响结构抗爆能力的较大因素。在降低面密度的同时调整各参数,获得了最优抗爆抗侵彻的复合结构设计方案,实现了低面密度与高强防护的结合。研究提供了工程防护增强设计的新思路,助力推进了防护工程轻质化、模块化发展。

基于单辆通行车激励的车桥耦合理论梁式桥阻尼比识别研究

提出一种在单辆通行车激励的情况下,基于车桥耦合理论识别桥梁阻尼比的方法.首先,将集成化检测车设计为单自由度体系,利用集成在检测车上的传感器采集信号并滤波获取桥梁一阶响应信号,通过相邻峰值点做比值并取平均得到桥梁一阶阻尼比,理论推导出检测车停靠在桥面任一位置均可识别出桥梁一阶阻尼比.其次,考虑通行车车速、检测车停靠位置、环境噪音、桥梁阻尼比和通行车阻尼对识别结果的影响,通过数值模拟验证该方法的有效性,并与工程上经典的随机子空间法和文献方法进行对比.最后,在梁式桥实桥试验进行初步验证,说明本文方法的工程适用性.研究结果表明:所提方法对检测车在桥面上的停靠位置没有具体要求,避免了路面粗糙度对阻尼比识别结果的影响,通行车的阻尼和车速在一定范围内对阻尼比识别无明显影响,并且在信噪比30 dB以上可识别出桥梁一阶阻尼比,具有较好的鲁棒性,操作简单且不需要封桥,可有效促推在实际工程中进行桥梁一阶阻尼比识别.

不同打击方式对桥梁的毁伤效果研究

桥梁是交通运输的重要媒介,战时极易因遭受攻击而毁坏。为研究弹药不同打击方式对桥梁毁伤效果的影响,利用LS-DYNA软件开展了深入数值模拟研究。将模拟结果与对应工况试验结果对比,验证了计算模型的可靠性,开展了不同打击方式的数值模拟,计算了各工况的桥梁剩余承载力,揭示出不同打击方式对桥梁的毁伤影响。结果表明:面板中心接触爆时桥梁破坏程度最明显,面板下方爆炸毁伤效果次之,桥梁正上方空爆毁伤效果最差;同样的侵彻爆破战斗部爆心位置在桥面板正中时桥梁剩余承载力较上方空爆打击时削弱8.2%。研究结果可为桥梁抗爆设计、弹药打击方式及桥梁的毁伤评估提供参考。

钢丝绳-聚合物砂浆面层竖向-交叉条带加固砌体墙拟静力试验研究

课题组前期试验结果表明,钢丝绳-聚合物砂浆面层交叉条带加固可以提高砌体墙的抗剪承载力,但对于抑制砌体墙尤其是高宽比大于1.5的砌体墙受弯破坏和弯剪破坏的效果不够理想。为进一步研究条带法对加固砌体墙抗震性能的影响,设计制作了1面未加固墙、2面交叉条带加固墙和2面竖向-交叉条带加固墙试件,并进行了拟静力试验。结果表明:交叉条带可提高墙体各阶段荷载,但对高窄墙试件受弯破坏和弯剪破坏的抑制效果不明显;竖向条带可显著降低宏观弯矩对墙体的影响,对高窄墙试件的作用尤为明显,与没有竖向条带的高窄墙试件相比,经竖向条带加固后的高窄墙试件各阶段荷载均有显著提高,滞回曲线更加饱满,耗能能力和延性性能更好。分析了组合墙体的破坏机理,推导了组合墙体的抗弯承载力计算公式和抗剪承载力计算公式,并通过试验数据拟合得到了组合墙体抗剪承载力计算公式的参数。

泄压坑道式工房内爆试验与数值模拟研究

为探索复合构型坑道式工房内爆炸效应和泄压消波措施,提出泄压坑道式工房设计。通过理论分析和线性拓展预测的方法预判坑道内压力分布,建立多工况泄压坑道式工房的有限元模型。通过数值模拟得出结构内部和外部冲击波传播与衰减的规律,分析冲击波涡流成型机理以及泄压消波的过程,计算得到多工况下坑道内部和外部的压力分布规律。通过试验研究对线性拓展计算和数值模拟结果进行对比分析,揭示由丁字接头、泄压通道、膨胀室组成的复合构型坑道式工房对于消波效率的显著提升作用,得出坑道结构内泄压消波的效能以及坑道结构口部外冲击波分布规律,以期为坑道式工房的结构选型及布局优化设计提供技术支撑。

考虑晶体取向的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金动态力学性能研究

鉴于高熵合金材料(high-entropy alloy,HEA)在高应变率动态响应下呈现不同的破坏模式及力学性能,其潜在机理从宏观角度已不能够完全解释,需从微观角度研究其动态响应过程中的原子结构变化、位错分布变化、演变机理及变形机制,为优化HEA防护材料的加工工艺、制备方法等提供参考。利用分子动力学模拟的方法,设计了[100]、[110]和[111]等3种取向结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金在不同应变率下的压缩、拉伸及冲击试验,分析了动态响应过程中原子结构变化、位错分布变化、演变机理及变形机制。压缩试验中:[110]取向结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金的屈服强度最高,[111]的次之,[100]的最低;[100]取向结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金主要的变形机制为孪晶变形,[110]的为滑移变形,[111]的为位错变形。拉伸试验中:[111]取向结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金的屈服强度最高,[100]的次之,[110]的最低;[100]取向结构Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金拉伸过程中孪晶结构较多,[110]取向结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金产生较规则的密排六方结构滑移面,[111]取向结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金不会产生任何滑移面。随着应变率的升高,3种取向结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金压缩和拉伸屈服强度均大幅度提高,对应伸长量增大。较低应变率(1×109 s^(−1))下的塑性变形机制主要为滑移变形,但滑移系较少;中应变率(1×10^(10)s^(−1))下的塑性变形机制是以滑移为主的变形机制,但滑移系较多;高应变率(1×10^(11)s^(−1))下的塑性变形机制是由原子排列无序化的非晶原子诱导的变形。[110]取向结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金的抗冲击性能最好,与其具有最高的屈服强度,并且在屈服结束阶段也能保持最高的应力有关。

采用数值模拟方法对隔震沟隔震效应的研究

在实验室内进行爆炸实验产生的地震动会对实验室自身和周边建筑产生不利影响,为确保实验室建筑的稳定与安全,需要在爆源周围修建环状隔震沟。使用LS-DYNA软件对爆炸坑中装药爆炸产生的爆炸地震波分别在有、无隔震沟条件下的传播过程进行了数值模拟研究。通过改变装药量、隔震沟深度、宽度、隔震沟内填充材料类型以及实验坑内回填土类型等参数,探究不同参数对隔震沟隔震效应的影响,并计算出相应隔震率,为爆炸实验室及类似工程的隔震消能设计提供参考。

人防工程活门槛防护密闭门门框荷载分布研究

活门槛防护密闭门在人防工程中应用广泛,因活门槛刚度低,其门扇受力与普通固定门槛防护密闭门差别大。现行相关设计规范未见针对活门槛防护密闭门门框墙设计的荷载分配算法,一般参照普通防护密闭门进行设计。针对活门槛防护密闭门门框受力问题,构建了活门槛混凝土防护密闭门有限元数值模型,采用ANSYS/LS-DYNA对平板活门槛钢筋混凝土防护密闭门在冲击波超压作用下的动态响应进行了模拟计算,分析了门扇对门框作用力的变化过程及荷载分布规律。结果表明:活门槛的刚性较弱,其承载作用可以略去不计,门扇对门框的作用力随门扇的振动而变化,门框荷载分布与门扇的变形状态密切相关,门扇达到准静态时的门框荷载分布主要取决于门孔的宽高比。

医疗机构水污染物标准定额研究探讨

医疗机构污水工程设计处理水量和进水水质是确定处理设施建设规模和处理工艺的重要基础参数,结合国家标准《医疗机构污水处理工程建设标准》制订,重点就医疗机构水污染物中关于水量和水质指标的确定进行介绍,为后续更好的理解和执行标准提供参考。

树脂基玻璃纤维增强复合材料防护设备生产工艺研究

防护设备是应用于防护工程口部用于堵截或衰减冲击波的设备。防护设备通常采用普通碳钢和混凝土材料制成,随着“四新”成果的转化运用,纤维增强复合材料、不锈钢、超高性能混凝土、POZD等新材料在防护设备上得到了推广,显著提升了设备的防护能力和使用性能。生产工艺是控制防护设备加工缺陷和决定产品质量性能的关键因素,传统材料的防护设备加工工艺较为简单,如:钢结构防护设备采用型钢和钢板组合焊接制成;混凝土防护设备采用将混凝土筑入钢筋骨架并养护成型的方法制成。设备材料调整变化后,将使生产工艺从原材料准备、生产设备、制造方法、加工环境和控制方法等多方面发生改变,传统加工方法不再适用,须专门研究新材料适用的生产工艺,充分发挥材料性能优势,确保设备生产质量满足要求。

工程施工碳排放不确定性建模与方案鲁棒性优化研究

工程施工阶段碳排放密集,实践情景有众多的不确定性因素影响碳排放计量和低碳施工方案制定。为实现复杂不确定性因素影响下施工阶段的碳排放计量,提供不确定性背景下的决策支持,基于离散事件仿真、碳排放计量、机器学习、鲁棒性优化等理论,构建了施工碳排放不确定性建模和施工方案碳排放鲁棒性优化模型。为验证方法的有效性,以实际工程施工项目为例,对碳排放进行不确定性计量,并以此为基础优化低碳施工方案。结果表明,构建的方法能够优化施工方案碳排放鲁棒性,在不确定性背景下使施工过程稳定保持低碳排放水平,以此作为指导低碳工程施工的重要理论依据。

水中爆炸作用下隧道毁伤效应研究

为研究隧道在水中爆炸荷载作用下的毁伤机理和破坏形态,选取典型管节,建立隧道管节的耦合Lagrange-Euler(CLE)三维数值模型,通过水下爆炸试验验证了CLE方法和材料模型的准确性。开展隧道管节的毁伤效应数值模拟,分析冲击波作用过程、管节损伤演化过程和管节破坏机理;进行参数分析,比较不同炸药当量和爆炸距离对管节毁伤程度和破坏模式的影响。结果表明:在水中爆炸作用下,隧道管节的损伤过程超过冲击波的作用时间。在同种炸药当量下,管节前壁的损伤程度随爆炸距离的增加而降低;后壁的损伤程度主要受炸药当量影响,爆炸距离对其影响较小。以位移变形为损伤指标,拟合得到函数关系式,并给出不同破坏程度的临界曲线,可用于评估隧道管节的破坏程度。

主应力方向对红黏土变形与破坏的影响研究

我国西南地区广泛分布有红黏土,受重塑黏土空心圆柱试样制备技术制约,关于主应力方向变化对红黏土力学特性影响的现象与机理尚不清晰。为此,本文采用自主研发的制样装置,通过分层欠压法制备了饱和重塑红黏土空心圆柱试样,并开展了纯主应力轴旋转试验和定轴剪切试验。结果表明:试样的变形、强度、形态等宏观力学行为均与绕第二主应力旋转角密切相关,且表现出了较为明显的分段特征;应力的加载方向对试样的拉压状态起着决定性作用,导致试样随应力主轴旋转而存在“压缩臌胀”、“纯扭破坏”和“拉伸颈缩”现象,决定了试样的整体变形规律;产生上述现象的原因可能是重塑试样制备过程中,沿轴向所受压实作用强于径向与环向,使得试样沿轴向的模量、强度等参数异于水平方向,即具有横观各向同性特征,试验过程中沿不同方向施加的应力“激活”了这种差异性,进而使得试样在宏观上表现出不同的力学性质。关于应力方向对土体变形与破坏影响的研究应综合考虑应力加载方向和试样各向异性。

泄压坑道式工房内爆效应工程计算方法研究

为探索泄压坑道式工房内爆炸效应规律,完善超压工程计算方法,基于量纲分析方法建立泄压坑道式工房内爆炸时物流通道内部及工程口部外空气冲击波超压的量纲一的函数,阐明了泄压坑道式工房缩尺模型试验中物理量的相似关系。通过对1∶6和1∶4缩尺模型内爆炸试验的超压数据和工程口部外等压线分布规律的归纳对比,验证了冲击波超压等关键参数的几何相似性。通过拟合不同药量1∶4模型内爆试验和数值仿真结果数据,建立了基于冲击波传播经验公式的物流通道内冲击波超压分布、工程口部外冲击波超压分布的工程计算方法。研究发现,物流通道内及工程口部外工程计算方法与试验数据吻合较好,最大相对误差分别为9.5%和10.6%。工程计算方法可为坑道式工房的设计和安全设防距离确定提供技术支撑。