水下爆炸冲击荷载下混凝土重力坝的破坏效应

在相同炸药量下水下爆炸对混凝土重力坝的破坏效应强于空中爆炸,因此需重点关注水下爆炸冲击下的混凝土重力坝的毁伤机理。考虑爆炸作用下混凝土的高应变率效应、冲击波与结构的动态相互作用以及结构的非线性动态响应等复杂问题,基于Lagrangian-Eulerian全耦合方法建立水下爆炸混凝土重力坝耦合模型,对近坝水下爆炸冲击波传播特性进行分析,得到了水下爆炸冲击下混凝土重力坝的毁伤破坏过程及毁伤机理。研究表明,水下爆炸冲击荷载作用下混凝土重力坝的毁伤模式主要有爆炸成坑破坏、气穴冲切破坏、震塌拉伸破坏、冲击波冲切破坏、弯曲破坏和整体拉伸破坏。     

考虑球面波效应的水下爆炸冲击因子

水工建筑物的安全防护关系着国防和民生安全,目前还缺少有效的指标评估水下爆炸冲击波对大坝等结构的作用。水下爆炸冲击波通常以球状向四周传波,本文推导了球面波作用下结构的总能量,由此建立了水下爆炸冲击因子衡量结构的振动与变形响应。针对正面挡水、背面临空的平板结构,分别开展了数值模拟及离心水下爆炸试验研究,通过数值模拟,验证了在相同冲击因子条件下,爆距的变化几乎不影响平板产生的应变能和动能。随后采用本文所得的冲击因子对离心水下爆炸试验结果进行整理,并与传统的比例距离、平面波冲击因子等指标的分析结果进行对比。本文所得的冲击因子可以统一描述近场和远场水下爆炸作用。     

气泡帷幕对水下爆破冲击波的削弱作用研究

水下钻孔爆破工程中,爆破产生的水中冲击波对于周围环境有着巨大危害,对爆破区域内的重要保护对象采取相应的防护措施意义重大。为研究气泡帷幕技术对于水中冲击波的削弱作用,结合长江九朝段炸礁工程,通过LS-DYNA模拟软件建立了水下钻孔爆破模型,对比分析了气泡帷幕的不同设置距离对削弱作用效果的影响。研究结果表明:气泡帷幕对于水中冲击波的峰值压力和冲量均有明显的削减作用,各工况下水中冲击波峰值压力及冲量削减比例分别为22.4%~49.6%和12.1%~53.7%;当气泡帷幕距离被保护对象5 m时,其削弱效果最好。     

近边界面的水下爆炸冲击波传播特性及气穴效应

炸药在水下起爆后,产生的冲击波在传播过程中将主要遇到两种边界面:自由水面和结构面边界,而这些边界面的存在将显著影响冲击波的传播特性。考虑冲击波与自由面及结构面的动态耦合相互作用,基于Lagrangian-Eulerian耦合算法,建立了近边界面水下爆炸全耦合模型,通过与已有文献的研究成果及经验公式进行对比,验证了数值模型的可靠性;对自由场、近自由面、近背空气结构面及近背水结构面水下爆炸的冲击波传播特性进行了系统的研究,探讨了不同边界面条件下的水下爆炸冲击波传播特性机制。研究表明,近边界面对水下爆炸冲击波传播特性具有重要的影响,近自由面和近背空气结构面水下爆炸均产生了气穴效应。     

水下爆炸冲击荷载作用下重力拱坝及坝后式厂房的破坏效应

当坝身设有孔口且存在坝后式厂房时,水下爆炸冲击荷载作用下大坝的动力响应非常复杂。 针对此问题,考虑爆炸作用下混凝土的高应变率效应,采用Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ－Ｅｕｌｅｒｉａｎ耦合方法建立水下爆炸 冲击下大坝－厂房－库水－坝基全耦合模型,利用数值模拟技术分析了水下爆炸冲击荷载作用下重力 拱坝及其坝后式厂房的动态破坏过程,得到了重力拱坝及坝后式厂房在水下爆炸冲击荷载作用下的损 伤破坏过程及损伤机理。结果表明:水下爆炸冲击荷载作用下重力拱坝的损伤破坏形式包括爆炸成坑 破坏、气穴冲切破坏、局部拉伸破坏和整体拉伸破坏;随着爆心距的增大,大坝的主要损伤破坏形式逐渐 改变,分别为爆炸成坑破坏、局部拉伸破坏和整体拉伸破坏,当爆心距进一步增大时,坝体破坏逐渐减 小;进水口和溢流表孔的存在削弱了坝体局部强度和拱效应;水下爆炸冲击荷载作用下,坝后式厂房由 于结构的整体响应发生局部拉伸破坏。     

水环境对水下钻孔爆破影响机制研究

为研究水下钻孔爆破中水环境对爆破效果的影响机制,以重庆新白沙沱长江特大桥3号墩基础水下爆破工程为例,对水下爆破钻孔爆破作用原理进行了分析,并使用ANSYS/LS-DYNA有限元程序分别对水下钻孔爆破与陆地钻孔爆破过程进行了数值仿真计算。在数值计算的基础上,结合爆破漏斗试验结果、冲击波特性和水介质固有特性,对陆地钻孔爆破和水下钻孔爆破的动力响应特征展开对比分析。研究表明:由于水环境的存在,水压的影响使水底界面附近的Mises等效应力小于同位置的陆地钻孔爆破处数值;在相同压力下,水下爆破漏斗体积均小于陆地爆破漏斗体积,在相同的药量条件下,水越深产生的爆破漏斗体积越小;同陆地钻孔爆破相比,水环境的存在会加快爆炸冲击波的衰减,从而削弱破岩效果。     

钢框排架在风荷载作用下的动力响应分析

以某大型火电主厂房钢框排架结构为研究背景,采用ANSYS和MIDAS/GEN有限元软件建立了其脉动风速模型,分析了结构在静力风荷载和脉动风荷载作用下的受力状态,并分析结构在脉动风作用下的动力响应。结果表明:钢框排架的动力和位移时程响应表现出与脉动风荷载相似的随机性;考虑脉动风效应后,作用于结构上的风荷载峰值显著增大;脉动风作用下结构的最大位移和静力分析结果基本一致,等效静力风荷载作用于该结构产生的数值结果整体较实际情况偏大。     

基于LXJ-4-450平台的土工离心模型试验研究

土工离心机是岩土工程领域最有效的物理模拟手段之一。近年来,随着现代液压、电控及测试技术的飞速发展,土工离心模型试验技术水平显著提升,应用领域也不断拓展。本文基于中国水利水电科学研究院的LXJ-4-450离心模拟试验平台,对新型机载设备及相应的试验成果进行总结,综述了近年来土工离心模型试验的研究进展。具体而言,研制了模拟污染物迁移的离心试验装置,探讨了污染物在土壤中的迁移机理;研制了离心模拟爆炸试验装置,验证了冲击波及气泡脉动在超重力场下的相似关系;研制了离心模拟溃坝试验系统,揭示了土坝漫顶破坏机理;此外,配置了世界首台水平、垂直双向离心机振动台,揭示了饱和砂土地基液化机理及地震动传播规律;开发了基于液压系统的离心模拟试验大荷载施加方法;最后,对中国水科院新建的大型土工离心机试验平台进行了介绍。     

混凝土重力坝水下接触爆炸下的毁伤特性分析

采用常规有限元法研究接触爆炸下的结构破坏特性时,往往将由于网格高度畸变而导致计算中断或错误的结果。考虑炸药、流体、结构之间的动态耦合及混凝土的高应变率效应,采用SPH-FEM耦合方法,其中SPH法用于模拟爆炸近区的坝体大变形,FEM法用于模拟远场坝体响应,构建了混凝土重力坝水下接触爆炸的全耦合模型,对水下接触爆炸下的大坝动态响应及毁伤特性进行分析。研究表明,采用SPH-FEM耦合分析技术可以较好地揭示水下接触爆炸下大坝冲坑形成及其毁伤特性;水下接触爆炸冲击荷载作用下大坝受损程度比水下非接触爆炸时严重,在研究水工大坝抗爆性能时,应重点关注水下接触爆炸下的大坝毁伤特性。     

水中结构物附近三维爆炸气泡的数值模拟

该文阐述水下爆炸结构物附近三维非对称气泡运动的计算模型,基于势流理论采用边界积分法求解拉普拉斯方程。通过与参考文献实验的比较,验证了计算模型的正确性。最后以椭球形结构物下方爆炸气泡为算例进行详细的数值模拟和分析,获得气泡运动规律、流场压强变化,结构物危险载荷及其分布情况,旨在为工程领域水下爆炸气泡运动规律探索以及结构物的破坏机理研究提供参考。     

冲击荷载作用下混凝土重力坝破坏特性分析

冲击荷载作用下混凝土重力坝破坏特性较静荷载作用下要复杂得多。采用钢板均匀冲击模拟水下循环冲击波对混凝土重力坝的作用,试验遵循几何和重力相似准则,对模型重力坝进行均匀冲击破坏特性研究,得到模型坝体的动力破坏特性,并对裂缝位置和扩展情况进行定位和追踪。试验结果表明:当坝体遭受循环均匀冲击荷载时,上游坝面坝体最大动应变不再在坝踵处,而是位于坝体中部;坝头部位是抗冲击的薄弱部位,最先出现开裂破坏;坝体破坏模式包括贯穿性断裂、碎裂、层裂和抛掷等。试验结果可为大坝的运行管理、防爆抗振设防及安全评价提供理论依据和技术支持。     

不同爆炸方式下混凝土重力坝的抗爆性能

大坝受袭的可能方式主要有直接命中坝体、库前水下爆炸、库区近空爆炸，研究不同爆炸方式下的大坝抗爆性能对坝工安全防护具有特别重要的意义。本文考虑爆炸冲击荷载作用下混凝土的高应变率效应，构建了重力坝侵彻爆炸、水下爆炸、空中爆炸的全耦合模型，对不同爆炸方式下的大坝动态响应进行了全性能数值仿真，探讨了混凝土重力坝在不同爆炸方式下的可能破坏模式及抗爆性能，为大坝抗爆性能评估和防护设计提供基础。研究表明，水下爆炸冲击荷载作用下大坝的破坏效应较大，水下贴坝面爆炸时大坝破坏最严重；侵彻爆炸和空中爆炸的毁伤效应主要表现为坝体的局部破坏效应，而且侵彻爆炸呈现以爆炸作用为主侵彻作用为辅的破坏特征     

Non-spherical multi-oscillations of a bubble in a compressible liquid

Bubble dynamics are associated with wide and important applications in cavitation erosion in many industrial systems, medical ultrasonics and underwater explosions. Two recent developments to this classical problem are reviewed in this paper. Firstly, computational studies on the problem have commonly been based on an incompressible fluid model. However, a bubble usually undergoes significantly damped oscillation due to the compressible effects. We model this phenomenon using weakly compressible theory and a modified boundary integral method. This model considers the energy loss due to shock waves emitted at minimum bubble volumes. Secondly, the computational studies so far have largely been concerned with the first-cycle of oscillation. However, a bubble usually oscillates for a few cycles before it breaks into much smaller ones. We model both the first- and second-cycles of oscillationand predict damped oscillations. Our computations correlate well with the experimental data.