爆炸荷载作用下复合材料加筋板的动力响应

为了减轻抗爆结构质量,采用玻璃纤维增强聚合物基复合材料（SMC）与碳纤维增强聚合物基复合材料（CFRP）预浸料,通过数值模拟和等效计算理论,对传统加筋抗爆板结构进行轻质高强设计。利用LS-DYNA有限元数值模拟软件进行分析,发现在爆炸荷载作用下加筋板的运动以弹性运动为主,该种复合材料具有较好的抗爆性能。对复合材料加筋板结构进行参数化分析,发现在爆炸荷载作用下横筋对加筋板结构最大位移值影响最大,纵筋和面板对加筋板的影响依次减小。结合刚度折算方法,建立了爆炸荷载作用下正交异性加筋板结构动力响应分析理论。利用该理论计算得到板结构在爆炸荷载作用下的最大位移,与数值模拟对比发现两者结果较为接近,为加筋抗爆板的设计提供了一种简化有效的计算方法。     

港口水下爆炸荷载冲击特性研究

采用数值仿真方法研究港口水下爆炸荷载的冲击特性,并与经验公式及实验结果比较验证数值模拟方法的正确性;分析水下爆炸冲击波传播过程与气泡膨胀规律。研究表明,港口水下爆炸气泡膨胀荷载不可忽略,由比冲量知,大部分区域气泡膨胀荷载大于冲击波荷载;自由水面对冲击波荷载与气泡膨胀荷载均影响较大,越接近水面二者比冲量越小,气泡膨胀荷载衰减越快,在水面附近其冲量甚至会小于冲击波荷载。水底对气泡膨胀荷载影响不大,而对冲击波荷载影响较大。受水底反射波影响,冲击波作用时间缩短,导致比冲量迅速减小。水底有淤泥层时,冲击波在泥层与水体交界面反射不显著,水底反射冲击波主要来自泥层底部与岩石层分界面。     

金属薄板与加筋板爆炸冲击响应研究进展

综述了爆炸冲击载荷作用下金属薄板与加筋板塑性动力响应研究新进展。评述了近距离/接触爆炸实验加载方法及确定冲击波载荷的近似理论和数值方法,介绍了爆炸冲击载荷作用下金属薄板与加筋板失效模式、塑性变形和起裂与破口的研究进展,指出了需要进一步研究的问题。     

冲击荷载作用下泄爆板破坏冲量计算与模拟

针对工业厂房中的泄爆板在爆炸荷载作用时的破坏问题,根据双向板塑性铰线破坏理论,对其破坏机理进行理论分析。提出了泄爆板的冲量破坏准则,并推导破坏冲量的计算公式;运用ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟,与理论结果进行对比,两者吻合较好,证明可以用冲量衡量泄爆板的破坏。分析了影响泄爆板泄爆能力的因素:抗折强度与板的厚度是主要影响因素,而弹性模量及泊松比对破坏冲量的影响相对较小,提出了工业生产中提升泄爆板泄爆能力的方法。     

爆炸冲击作用下加筋板结构变形研究

为了预报加筋板结构在爆炸冲击载荷作用下的变形程度，将加筋板的变形分为整体变形和局部变形，借助数值计算拟合了两者能量分配关系，进而提出了爆炸冲击作用下加筋板结构变形的理论计算方法，并与实验结果进行比较，结果吻合较好。     

内部爆炸荷载作用下钢筋混凝土板的动力响应研究

对于合理预测内部爆炸荷载作用下复杂结构的动力响应,通常需要用合适的计算方法进行直接的数值模拟。采用了考虑应变率影响的钢筋和混凝土材料的动力本构损伤模型,介绍了用爆炸流体动力学软件预测在封闭空间内发生爆炸情况下结构响应的数值模拟方法。对箱型封闭空间内0．5kg TNT爆炸荷载作用下钢筋混凝土顶板的响应进行了数值模拟研究,展示了钢筋混凝土板从混凝土开裂、钢筋断裂到板整体抛射的动态演变过程,并与试验结果进行了对比分析,内部爆炸荷载压力时程曲线、混凝土的损伤破坏和板的抛射速度与试验结果吻合较好。从中可以发现钢筋对混凝土开裂起主要抑制作用,板的开裂和碎片形成主要受脉冲压力荷载的影响,而板的抛射速度主要受气体压力荷载的控制。     

钢板夹钢管组合板抗接触爆炸性能研究

鉴于钢管良好的变形能力、吸能特性和夹层结构在强度、刚度上的优势,提出了分层结构为钢板-钢管芯层-钢板的三明治型抗爆组合板。对芯层钢管数量为5根、4根、3根的组合板进行了TNT装药量为1kg的接触爆炸试验,考察了各板在承受接触爆炸冲击荷载时的变形及破坏情况,并对变形破坏过程进行了理论分析和数值模拟。研究表明,钢板夹钢管组合板承受接触爆炸冲击荷载时,主要发生局部压缩变形。钢管变形是组合板耗散能量的主要途径。增加钢管数量,增大钢板厚度,增大钢管管壁厚度,均可减小组合板在接触爆炸条件下的变形破坏,提高抗接触爆炸性能。     

近区爆炸作用下砌体填充墙损伤破坏与动态响应的数值模拟

民用建筑中广泛使用的砌体填充墙在爆炸荷载作用下产生的碎块严重威胁着建筑物内部人员和设备的安全。尤其是近区爆炸作用下,墙体会产生更为严重的局部破坏,碎片飞散速度更快,但已有的相关研究工作仍旧较少。基于已有普通黏土烧结砖填充墙的近区爆炸试验,开展了近区爆炸作用下砌体填充墙损伤破坏和动态响应的数值模拟,对比验证了Load Blast法、任意拉格朗日欧拉(arbitrary Lagrange-Eulerian, ALE)法和冲量法模拟近区爆炸荷载作用、预测墙体损伤破坏和动态响应的适用性。通过冲量法进一步讨论了相同比例距离下的爆炸距离、砌块砂浆界面黏结强度以及砌块材料模型的影响。结果表明:近区爆炸中,相同比例距离下,墙体损伤通常随爆炸距离增加而加剧,由局部破坏向整体坍塌破坏模式发展;墙体的抗爆性能随砌块砂浆黏结强度增强而得到强化,主要受剪切失效应力控制;MAT_BRITTLE_DAMAGE和MAT_WINFRITH_CONCRETE模型较MAT_SOIL_AND_FOAM模型预测效果更好。     

拱顶钢储罐内部蒸气云爆炸冲击荷载的数值模拟

利用TNT当量模型模拟储罐内部的蒸气云爆炸,对拱顶钢储罐内部爆炸流场和壁面爆炸冲击荷载进行数值模拟。首先将储罐壁面视为刚性,系统考察拱顶罐在各种不同工况下的爆炸流场及壁面反射冲击荷载分布情况;然后进一步考察爆炸流场与罐壁之间的耦合效应对爆炸冲击荷载的影响。研究表明：储罐壁面爆炸冲击荷载最大值出现在顶盖中心区域,且往往出现在第2个波形峰值位置,而壁面其他位置的冲击荷载最大值一般出现在第1个反射超压峰值位置;爆炸流场和容器壁面间的耦合效应对内部爆炸冲击荷载的影响不大,计算分析时可近似采用非耦合模型。     

钢板夹泡沫铝组合板抗接触爆炸性能研究

鉴于泡沫铝材料优异的吸能特性和三明治型组合构件在强度、刚度上的优势,针对分层结构为钢板-泡沫铝芯层-钢板的100 mm厚抗爆组合板进行了装药量为1.0 kg TNT的接触爆炸试验,考察了组合板在接触爆炸条件下的变形及破坏情况,并对组合板的变形破坏过程进行了理论分析和数值模拟。研究表明,组合板承受接触爆炸荷载时,主要通过局部压缩变形和整体弯曲变形吸收耗散能量,上下面板与芯层间易发生剥离现象。钢板相同时适当增大泡沫铝芯层厚度,泡沫铝芯层相同时增加钢板厚度,均可减小组合板承受接触爆炸冲击荷载时产生的变形破坏,提高其抗爆性能。     

水下爆炸载荷作用下加筋板变形及开裂试验研究

为了解加筋板结构在水下爆炸载荷作用下的变形模式,以及为数值仿真计算提供材料的开裂判据,通过试验研究,给出了加筋板的两种不同塑性变形模式.通过测量试验后加筋板裂纹的减薄率,利用体积等效原理确定了Q235钢在加筋板边界拉伸撕裂破坏模式中的开裂极限应变值,为结构在爆炸冲击作用下破损的数值仿真奠定了基础.     

冲击后含损伤复合材料格栅加筋板的后屈曲

采用数值分析方法研究了冲击后含损伤的复合材料格栅加筋板的后屈曲特性。基于Mindlin 一阶剪切理论和Von Karman 大挠度理论, 建立了冲击后蒙皮内含分层损伤复合材料格栅加筋板后屈曲分析的有限元方法; 分析中同时考虑了蒙皮和肋骨中纤维断裂、基体开裂等损伤累积造成的刚度的退化和蒙皮分层子板间的闭合接触效应, 为含损伤复合材料格栅加筋板的后屈曲特性研究提供了一种有效的数值分析方法。分析结果表明, 蒙皮分层面积较大时, 格栅加筋板出现蒙皮分层上子板的局部屈曲后仍然具有较强的继续承载能力, 而在后屈曲分析中, 应考虑损伤累积对格栅加筋结构承载能力的影响; 采用非线性虚拟界面元可成功处理分层子板间的闭合接触效应。      

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。     

冲击荷载作用下金属方板的变形与起裂分析

基于接触爆炸荷载作用下金属薄板实验,应用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,分析了冲击荷载作用下固支方板和单向支承方板的变形过程、应变分布和面内位移,得到了方板的起裂位置和起裂冲量.结果表明:冲量相同时,冲击荷载作用面积越大,方板变形的范围越大,而中心挠度越小.对于固支方板,当荷载作用半径与方板一半边长之比R/L<0.32时,中心处首先开裂;R/L>0.32时,边界中点处起裂.对于单向支承方板,当R/L≤0.4时,中心处首先开裂;当R/L>0.4时,起裂位置在边界中点附近或加载区边缘附近或角点附近.当R/L≥0.35时,单向支承方板边界产生明显的面内位移,起裂冲量比固支方板提高幅度可达23.4%～112.7%.     

钢板夹泡沫铝组合板抗爆性能数值模拟

鉴于泡沫铝材料良好的吸能特性和三明治型组合构件在强度、刚度上的优势,通过有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对钢板-泡沫铝-钢板三明治型组合板进行了装药量为10.0kgTNT的非接触爆炸数值模拟,考察组合板在爆炸荷载作用下的动力响应。研究表明:钢板夹泡沫铝组合板承受爆炸冲击波荷载时,响应方式主要为组合板整体弯曲变形和泡沫铝芯层局部压缩变形,芯层压缩变形是组合板吸收耗散能量的主要途径;适当地增加泡沫铝芯层厚度和面板厚度能够提高组合板的抗爆性能,同时使组合板充分发挥耗能作用。     

钢板夹泡沫铝组合板抗爆性能数值模拟

鉴于泡沫铝材料良好的吸能特性和三明治型组合构件在强度、刚度上的优势,通过有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对钢板-泡沫铝-钢板三明治型组合板进行了装药量为10.0kgTNT的非接触爆炸数值模拟,考察组合板在爆炸荷载作用下的动力响应。研究表明:钢板夹泡沫铝组合板承受爆炸冲击波荷载时,响应方式主要为组合板整体弯曲变形和泡沫铝芯层局部压缩变形,芯层压缩变形是组合板吸收耗散能量的主要途径;适当地增加泡沫铝芯层厚度和面板厚度能够提高组合板的抗爆性能,同时使组合板充分发挥耗能作用。     

水下爆炸气泡对内加筋圆柱壳结构毁伤机理分析

以内加筋圆柱壳为研究对象,对近距离非接触爆炸作用下气泡的脉动载荷以及气泡溃破高速射流对内加筋圆柱壳结构的毁伤机理进行计算分析,并且探讨结构参数、药包位置等相关物理量对结构变形特征与毁伤模式的影响。研究结果表明,水下爆炸气泡膨胀产生的膨胀脉动冲击造成结构的整体变形,另一方面气泡溃破所造成的高速射流(速度 > 100 m/s)则会对局部区域造成严重破坏,弹塑性边界以及自由液面效应会对气泡的形状产生显著的影响。     

可燃气体爆炸时作用在结构上荷载的研究

本文结合具体工程实例，分析了汽油－空气混合气体容器爆炸时作用在结构上的爆炸荷载效应，包括正相压力，负相压力，冲量，作用时间等。研究表明容器位置不同，所产生的爆炸荷载也不同，板梁结构板形要求不同，其等效静荷载也不同，最合校核了楼板的配筋情况。     

水下爆炸气泡载荷在加筋板塑性变形中的作用

水下爆炸产生的冲击波载荷和气泡载荷都会对水中结构产生毁伤作用。为研究水下爆炸气泡载荷在加筋板塑性变形挠度中所占的比例,利用通用有限元软件Abaqus/Explicit对加筋板模型在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行了一系列数值仿真。载荷计算采用了Geers-Hunter模型,材料本构采用了Johnson-Cook模型,将部分计算工况与试验结果比较,两者吻合较好。通过分析计算结果可以看出在气泡载荷在加筋板塑性变形中的比重主要受爆距影响,爆距越小,所起的作用越大。所以,在水下近场爆炸计算中,气泡载荷引起的塑性变形不容忽视。     

水下爆炸冲击因子异化特征研究

针对水下非接触爆炸缩比模型试验相似规律问题，基于相似理论，在满足单值条件的前提下，讨论了单值物理量对水下爆炸冲击因子的影响。舰船结构毁伤模式局限在塑性大变形范围内时，从单值量相似的角度出发推导了水下非接触爆炸冲击波平面波效应条件下的一种新型冲击因子。以某型舰船的典型平板、加筋板架和船舯舱段结构为研究对象，采用数值模拟与试验相结合的方法，在不同缩尺比条件下，从目标结构的变形挠度、变形速度和应力变化三个方面评估新型冲击因子的有效性。结果表明，新型冲击因子较传统冲击因子在模型试验向原型转化精度方面有较大提升。