单个球形装药浅层水中爆炸冲击波特性的研究

通过对单个球形装药浅层水中爆炸的模拟试验研究,分析了在涉及边界影响条件下水中爆炸冲击波参数的分布和变化规律,拟合了相应的计算公式。试验数据能较好地反映浅层水中单个球形装药爆炸冲击波的传播规律     

水下钻孔爆破冲击波下桥墩的动态响应及防护分析

利用数值模拟方法以及现场监测技术,结合砖灶子水下炸礁项目,研究了水下钻孔爆破水中冲击波对桥墩的影响以及防护,对水中冲击波作用下桥墩结构的动态响应以及气泡帷幕的削减效果进行对比分析,并结合现场监测数据,对李家沱大桥的动态响应以及安全状态做出评价。研究发现:桥墩结构对水中冲击波的动态响应在桥墩中部及桥趾部位较大,且迎爆面的响应大于背爆面,测量点的速度与加速度响应最大值均出现在水平径向,然后是垂直方向和水平切向;气泡帷幕对于水中冲击波的削减效果良好,且距离保护对象5 m时效果最佳。运用气泡帷幕防护及现场监测指导施工,使得李家沱大桥处于安全状态下。     

水下钻孔爆破水中冲击波试验研究

通过海边浅层水中钻孔爆破试验,实测得到了水中冲击波波形曲线及压力数据;分析了水下钻孔爆破水中冲击波的特性和传播衰减规律,并给出了水中冲击波的半理论半经验公式,验证并总结出部分相关结论,为进一步的研究积累了经验。     

水下钻孔爆破水中冲击波试验研究

通过海边浅层水中钻孔爆破试验,实测得到了水中冲击波波形曲线及压力数据;分析了水下钻孔爆破水中冲击波的特性和传播衰减规律,并给出了水中冲击波的半理论半经验公式,验证并总结出部分相关结论,为进一步的研究积累了经验。     

一种传感器结构对水中爆炸冲击波影响的数值模拟研究?

为了了解一种流线型传感器结构对水中爆炸冲击波传播的影响规律,利用有限元方法对这种流线型传感器结构附近的水中爆炸冲击波传播过程进行数值模拟,研究分析了这种流线型传感器结构对水中爆炸冲击波传播的影响规律。研究结果表明,这种流线型传感器的前端锥体结构会使传感器结构表面冲击波增强,冲击波压力增大。传感器结构外径尺寸越大,对冲击波的增强作用越明显,前端锥体结构锥角高度不同的传感器结构对冲击波增强作用没有显著差异。     

浅层水中爆炸冲击波压力的测试与分析

浅层水中爆炸研究是一个十分复杂的问题。本文根据对浅层水中单个球形药包爆炸的冲击波骑数的试验研究,详细地推导了分析爆炸场压力分布与变化规律的多元线性回归模型,并根据试验获得的数据给出了在试验范围内的冲击波压力的经验计算公式。     

钢筋混凝土路面抗爆性能研究

钢筋混凝土路面在爆炸荷载作用下会发生开裂和沉陷.为了研究路面的损坏情况,利用有限元分析软件LS-DYNA对路面上方爆炸冲击波造成的路面破坏程度和破坏模式进行了模拟.首先,通过对混凝土的光滑面帽盖材料模型在单轴和三轴应力状态下进行模拟以验证材料模型的力学性能,并数值计算了爆炸荷载下混凝土板的响应情况.数值模拟结果显示连续面帽盖模型能够很好地模拟出混凝土的力学性能,数值模拟得到混凝土路面的破坏模式能够反映出实验结果.     

脆性材料水泥砂浆多轴应力下的动态响应分析

在实际的结构应用中,混凝土类材料一般处于复杂工作应力状态,且可能承受动态荷载的作用。据此,本文采用Instron3421液压伺服试验机和具有主动围压加压装置的SHPB研究了混凝土材料-砂浆宽应变率范围多轴应力下的动态力学行为;基于Johnson-Cook强度模型框架,确定了等效强度模型的率相关参数及其他材料常数;提出了适用于描述主动围压下砂浆受冲击荷载的损伤演化规律,并确定了损伤演化常数,实验数据与理论值吻合较好     

浅水爆炸下高桩钢管柱表面作用荷载实验研究

通过不同炸药量、不同爆炸距离、不同起爆深度的水中爆炸模型实验,研究了浅水爆炸条件下高桩钢管柱表面压力特征和空间分布规律,分析了比例爆距对冲击波峰值及空间分布影响,给出了钢管柱表面冲击波反射系数、绕射系数和抗爆设计中实际作用冲击波的工程算法。研究结果表明:水中爆炸作用下,反射和绕射冲击波近似同时作用在钢管柱表面,峰值沿柱身高度方向非均匀分;冲击波受水面影响程度相对较小,二次气泡脉动受水面影响程度较大;反射和绕射冲击波峰值均随炸药量增加、作用距离减小而增加。比例爆距相同,反射冲击波峰值相同,但炸药量小、爆炸距离近的实验工况绕射冲击波峰值相对较小;钢管柱表面冲击波反射系数和绕射系数随比例爆距增加而减小。比例爆距≥1.71时,钢管柱实际作用冲击波峰值可近似按自由场冲击波峰值的1.37倍计算。     

预应力FRP加固混凝土结构技术研究与应用

介绍了笔者进行的预应力芳纶纤维布和碳纤维筋加固混凝土结构的一些主要研究成果,内容包括:预应力芳纶纤维布永久锚具的开发;预应力芳纶纤维布的应力松弛损失研究;预应力芳纶纤维布加固混凝土梁的受弯、受剪性能研究;温度对芳纶纤维布配套粘结材料的力学性能影响研究;体外预应力碳纤维筋局部加固混凝土梁的力学性能研究;碳纤维筋预应力粗纤维混凝土梁的抗震性能研究;预应力纤维布加固混凝土结构的工程应用等。     

一种新的用于各向同性损伤模型的四参数等效应变

基于Hsieh-Ting-Chen强度破坏准则的思想,提出由于求解混凝土各向同性损伤模量的等效应变。首先通过混凝土试件材料特性以及强度试验资料来确定四参数,然后求解出由多轴应力状态下的应变退化得到的等效应变以及相应的损伤模量。对一混凝土立方体试件进行有限元分析,计算结果表明:采用该等效应变计算所得的应力应变曲线与试验曲线吻合性较好,从而说明了该等效应变的合理性,并且可说明利用该等效应变的损伤模型不但可以描述单轴应力状态下混凝土破坏的全过程曲线,而且能描述多轴应力状态下混凝土破坏的全过程曲线。该等效应变形式单一,计算简单。     

一种多轴向随机激励下结构疲劳寿命分析方法

提出了一种多轴向随机激励下结构疲劳寿命估计的频域分析方法。首先,对结构进行频响分析,得到在基础加速度激励下的应力频响函数矩阵,通过随机振动分析,得到结构应力的功率谱密度矩阵;其次,采用等效的Von Mises应力功率谱密度将多轴应力问题转化为单轴应力问题;最后,利用单轴应力疲劳寿命估计的频域分析方法对结构疲劳寿命进行估计。对一典型构件在多轴向随机激励下的疲劳寿命进行了计算,并与实验结果进行了对比。另外,对构件在多轴向同时激励与单轴分别激励的疲劳损伤结果进行了对比分析,表明多轴向同时振动具有明显的多轴效应,因此进行多轴向振动疲劳研究十分必要。     

基于弹头型屈服的轻骨料混凝土强度准则

试验表明轻骨料混凝土和普通混凝土在多轴应力下具有不同的力学特性和破坏规律,因此那些针对普通混凝土建立的强度准则将不能完全适用于轻骨料混凝土。考虑到轻骨料混凝土和岩土材料具有相似的破坏特征,该文适当的调整了岩土材料的弹头型屈服函数作为子午线方程,并选取了William-Warnke模型的椭圆曲线作为π平面形状函数,建立了一个连续、光滑、封闭的弹头型轻骨料混凝土强度准则。该准则克服了二次抛物线型强度准则不光滑和椭圆型强度准则在高静水压力下过于保守的缺陷,能够较好的描述轻骨料混凝土破坏曲面的几何特征。利用最小二乘法量化了强度准则,通过与试验数据对比,验证了所建议的弹头型强度准则的合理性。     

Observations on fatigue crack paths in the corners of cold-formed high-strength steel tubes

Fatigue crack propagation in cold-formed corners of high-strength structural steel plate-type structures has been investigated. Large- and small-scale test specimens having complex residual stress states and subject to multi-axial cyclic local stresses have been investigated using both laboratory tests and numerical simulations. The combinations of alternating bending stress, alternating shear stress and static mean stress producing complex multi-axial stress states have been found to influence the fatigue crack path behaviour. Straight, zig-zag and “S” shaped cracks were observed depending on the material strength, range of cyclic loading, residual stress field and multi-axiality of the local stresses. Numerical simulations of residual stresses and linear elastic fracture mechanics were used to help understand the alternate crack paths. Mode I cracks propagating into a static compressive stress field did not arrest, but, due to the multi-axial stresses, combinations of mixed mode I, II and III crack growth with distinct paths were observed. The crack paths depend on the type and range of cyclic loading, material properties and residual stress conditions of the specimens.     

Strain-rate-dependent failure criteria for composites

The objective of this study was to characterize the quasi-static and dynamic behavior of composite materials and develop/expand failure theories to describe static and dynamic failure under multi-axial states of stress. A unidirectional carbon/epoxy material was investigated. Multi-axial experiments were conducted at three strain rates, quasi-static, intermediate and high, 10⁻⁴, 1 and 180-400 s⁻¹, respectively, using off-axis specimens to produce stress states combining transverse normal and in-plane shear stresses. A Hopkinson bar apparatus and off-axis specimens loaded in this system were used for multi-axial characterization of the material at high strain rates. Stress-strain curves were obtained at the three strain rates mentioned. The measured strengths were evaluated based on classical failure criteria, (maximum stress, maximum strain, Tsai-Hill, Tsai-Wu, and failure mode based and partially interactive criteria (Hashin-Rotem, Sun, and Daniel). The latter (NU theory) is primarily applicable to interfiber/interlaminar failure for stress states including transverse normal and in-plane shear stresses. The NU theory was expressed in terms of three subcriteria and presented as a single normalized (master) failure envelope including strain rate effects. The NU theory was shown to be in excellent agreement with experimental results.     

钢管混凝土小偏心受压构件的徐变分析

通过对钢管混凝土偏心受压构件的受力特性进行分析,结合核心混凝土的徐变特点,采用继效流动理论及多轴应力状态下混凝土的徐变理论,构造了计算钢管混凝土偏心受压构件徐变的计算方法。此方法较为合理地考虑了多轴应力状态下核心混凝土的特点及钢管混凝土构件徐变的影响因素(如含钢率、材料等级、应力级别等),并引入迭代来计算构件的徐变。计算算例结果与试验结果的对比表明:本文所提出的方法理论可靠、合理。     

高强高性能混凝土三轴拉压压力学性能试验研究

采用大型动静真三轴伺服液压试验系统,对单轴压强度为90.6 MPa的高强高性能混凝土进行三轴拉压压等比例试验研究,获得了各应力比下试件的破坏模式、多轴强度及应力-应变曲线。试验结果表明:高强高性能混凝土三轴拉压压应力状态下的破坏为典型的受拉破坏;最大主应力方向的极限强度远低于其单轴压强度,中间主应力效应不明显;拉应力的存在对最大主应力方向应力-应变曲线影响十分明显,呈现出明显的线性特征。基于试验结果提出了适用于高强高性能混凝土的强度准则,为高强高性能混凝土本构关系的建立提供了试验和理论依据。     

土中爆炸地冲击作用下埋地管线动应力的数值模拟

对于土中爆炸地冲击作用下埋地管线动应力如何计算及其是否安全,是一个值得研究的问题.利用LS-DYNA3D有限元程序,运用非线性动力学基本理论和算法,适当选取材料的本构关系,对半无限土介质中集团药包爆炸地冲击作用下埋地管线的动力响应问题,进行了数值模拟研究,得出了埋地管道的迎爆面上受到很大的轴向拉应力作用,且其为瞬态受力过程的结论.模拟计算结果与实验结果较为吻合,表明采用数值模拟方法研究土中爆炸地冲击对埋地管线的作用是可行的.     

基于统一强度理论的轻骨料混凝土多轴强度准则

试验结果表明轻骨料混凝土在高压应力状态下具有平台流塑现象,并且其极限强度面与静水应力轴有两个交点,这与普通混凝土极限强度面为开口的结论是截然不同的,因此那些针对普通混凝土建立起来的强度准则直接应用于轻骨料混凝土是行不通的。采用俞茂宏教授提出的统一强度理论,考虑轻骨料混凝土高压应力状态下的强度特性,建立了基于统一强度理论的多轴强度准则。通过几个特征试验点就能够得出强度准则的表达式,形式简单,便于实际应用。