不同介质中集团装药爆炸混凝土冲击响应的数值模拟

基于非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA,选用Holmquist-Johnson-Cook损伤本构模型,对不同介质中集团装药爆炸下混凝土的动态响应进行了数值模拟,研究了装药在不同介质中爆炸对混凝土的冲击响应和爆炸波在混凝土内的传播与衰减规律。结果表明,介质对混凝土内应力场、压力场、损伤和速度场的分布与衰减有着十分明显的影响。     

深孔间隔装药爆破对不同孔壁介质的影响

数值模拟研究了岩石、混凝土和土三种不同孔壁介质深孔间隔装药爆破时的扩孔特征、压力场、应力场、速度场和能量分布及传播衰减规律,还分析了间隔介质(空气和水)和起爆方式等对孔壁介质中冲击波传播规律的影响。研究表明:由于岩石、混凝土和土三种孔壁介质的波阻抗和可压缩性不同,导致爆破后分别形成"狼牙棒"型、"纺锤"型和"圆柱"型三种爆腔。与岩石和混凝土相比,在土体中的扩孔宽度分别提高约60%和约45%,土能缓解孔壁压力和等效应力、降低爆破振动效应、减缓爆炸冲击波的衰减速度和提高能量利用率,而在岩石和混凝土介质中,上述效果的差异性不太明显。与水间隔装药相比,在岩石和混凝土孔壁介质中采用空气间隔装药结构能降低约7%的孔壁压力。在岩石和混凝土孔壁介质中,采用底部起爆方式能够提高炸药的能量利用率,中部起爆方式能够减缓爆破振动效应,而在土体中并不明显。     

深孔间隔装药爆破对不同孔壁介质的影响

数值模拟研究了岩石、混凝土和土三种不同孔壁介质深孔间隔装药爆破时的扩孔特征、压力场、应力场、速度场和能量分布及传播衰减规律,还分析了间隔介质(空气和水)和起爆方式等对孔壁介质中冲击波传播规律的影响。研究表明:由于岩石、混凝土和土三种孔壁介质的波阻抗和可压缩性不同,导致爆破后分别形成"狼牙棒"型、"纺锤"型和"圆柱"型三种爆腔。与岩石和混凝土相比,在土体中的扩孔宽度分别提高约60%和约45%,土能缓解孔壁压力和等效应力、降低爆破振动效应、减缓爆炸冲击波的衰减速度和提高能量利用率,而在岩石和混凝土介质中,上述效果的差异性不太明显。与水间隔装药相比,在岩石和混凝土孔壁介质中采用空气间隔装药结构能降低约7%的孔壁压力。在岩石和混凝土孔壁介质中,采用底部起爆方式能够提高炸药的能量利用率,中部起爆方式能够减缓爆破振动效应,而在土体中并不明显。     

带壳装药在多层介质中爆炸的数值模拟研究

带壳装药在多层介质中爆炸,涉及到炸药与壳体、炸药与多层介质、壳体与多层介质等之间的相互作用,以及冲击波在多层介质中的传播和衰减,是一个极其复杂的作用过程.所述的多层介质由土壤、混凝土和空气组成.用数值模拟的方法研究了裸露装药和带壳装药在多层介质中爆炸的全过程.在数值模拟中引入了ALE算法,可避免物质的大变形引起的单元畸变和计算困难.研究了壳体的变形规律,对比分析了裸露装药和带壳装药对多层介质的破坏作用,得出了壳体对装药爆破作用效果的影响.     

球形装药淤泥中爆炸场数值模拟及分析

应用二维欧拉有限元程序对球形装药淤泥中爆炸进行了数值模拟。在分析淤泥特性的基础上 ,进行了模型及参数的选取。由计算结果与爆破试验实测数据的对比和分析可知 ,球形装药淤泥中的爆炸场与水中的爆炸场有相似性 ,因此可以应用本文中简化的淤泥介质模型来预测冲击波在淤泥中的衰减。     

球形装药淤泥中爆炸场数值模拟及分析

应用二维欧拉有限元程序对球形装药淤泥中爆炸进行了数值模拟。在分析淤泥特性的基础上 ,进行了模型及参数的选取。由计算结果与爆破试验实测数据的对比和分析可知 ,球形装药淤泥中的爆炸场与水中的爆炸场有相似性 ,因此可以应用本文中简化的淤泥介质模型来预测冲击波在淤泥中的衰减。     

多层介质中装药起爆位置对爆炸能量传递影响的数值模拟

阐述的多层介质由半无限的混凝土、土壤层和岩石层组成。采用数值模拟软件LS-DYNA模拟了多层介质中带壳装药在其不同端面起爆时爆炸产生的应力波在半无限混凝土介质中的传播过程,得到了装药不同端面起爆时产生的应力波在混凝土中随时间和位置的变化规律。模拟结果表明,在装药底端面起爆时爆轰能量利用率较高,对混凝土的作用效果较好,为提高装药结构威力设计提供了参考依据。     

多层介质中装药起爆位置对爆炸能量传递影响的数值模拟

阐述的多层介质由半无限的混凝土、土壤层和岩石层组成。采用数值模拟软件LS-DYNA模拟了多层介质中带壳装药在其不同端面起爆时爆炸产生的应力波在半无限混凝土介质中的传播过程,得到了装药不同端面起爆时产生的应力波在混凝土中随时间和位置的变化规律。模拟结果表明,在装药底端面起爆时爆轰能量利用率较高,对混凝土的作用效果较好,为提高装药结构威力设计提供了参考依据。     

基于炮孔不同耦合介质的孔壁爆炸载荷及比能时间函数分析

为从炮孔装药耦合介质的选取上改善爆破效果和控制爆破振动危害,应用爆炸力学的相关理论建立耦合装药、不同耦合介质（水、空气、泥土）装药条件下孔壁爆炸载荷和透射比能的计算方法,通过MATLAB编程计算得到岩石介质中炮孔孔壁爆炸载荷和透射比能的时间函数并作图比较分析。研究表明：耦合装药时,孔壁爆炸载荷的初始值最大,但是衰减也最快;水不耦合装药时,孔壁爆炸载荷的初始值次之,但衰减速度最慢,作用时间最长;水不耦合装药时,孔壁透射比能量最大,耦合装药时次之;空气和泥土不耦合装药孔壁爆炸载荷与透射比能均较小。因此水不耦合装药提高了能量利用率,更有利于改善爆破效果,但产生的爆破振动强度大、作用时间长,不利于爆破振动危害控制。     

平面爆炸波在半无限混凝土介质中传播与衰减特性的数值分析

采用非线性软件LS-DYNA,混凝土选用JHC模型的基础上,数值模拟了一维应变下爆炸波在半无限混凝土介质中的传播过程,得到了平面爆炸波在混凝土中随时间和空间的衰减规律,以及在爆炸冲击波作用下,脆性介质混凝土形成破碎区和损伤区的演化特性。数值拟合结果表明,在爆炸近区应力波幅值衰减速率快,材料损伤演化和应力波幅值衰减存在着内在的联系。模拟结果对于爆破与防护工程设计均具有一定的参考价值。     

爆破振动在混凝土与软土结构中传播差异性研究

研究内容是爆破振动在不同介质中的传播差异性。从理论角度对比研究了爆破振动在混凝土和软土中传播的主要特点及造成二者差异性的主要原因;指出混凝土介质中爆破振动速度主要分布在平面法线方向,软土介质中爆破振动速度主要分布在其平面上;并结合工程监测实践对分析结果作了进一步分析验证。本文结论对监测不同介质中的振动速度具有一定指导意义。     

Deep penetration of a non-deformable projectile with different geometrical characteristics

A general non-dimensional formula based on the dynamic cavity-expansion model is proposed to predict penetration depth into several mediums subjected to a normal impact of a non-deformable projectile. The proposed formula depends on two dimensionless numbers and shows good agreement with penetration tests on metal, concrete and soil for a range of nose shapes and impact velocities. The validity of the formula requires that the penetration depth is larger than the projectile diameter and the projectile nose length while projectile remains rigid without noticeable deformation and damage.     

Characterization of the mechanical damage of a chemically degraded cement paste

Cement-based materials as concrete interact with their environment. In the presence of aqueous mediums, dissolutions and precipitations of solid species composing the cement paste induce a chemical damage, which may affect the structure integrity. This paper presents a mechanical characterization of the Young modulus evolution of chemically damaged cement paste, based on a microstructural approach coupled to a reactive-transport model. The method has been successfully applied to cement pastes leached by pure water. It is concluded that the capillary porosity and its spatial distribution within the material are the parameters, which mainly rule the stiffness evolution.     

爆破振动在混凝土与软土结构中传播差异性研究

研究内容是爆破振动在不同介质中的传播差异性。从理论角度对比研究了爆破振动在混凝土和软土中传播的主要特点及造成二者差异性的主要原因;指出混凝土介质中爆破振动速度主要分布在平面法线方向,软土介质中爆破振动速度主要分布在其平面上;并结合工程监测实践对分析结果作了进一步分析验证。本文结论对监测不同介质中的振动速度具有一定指导意义。     

粗骨料种类对刚性弹贯穿混凝土靶剩余速度的影响

针对弹体贯穿混凝土靶问题,混凝土细观尺度模型能够反映混凝土中各介质对混凝土力学行为的影响。本研究编写了三维随机球形粗骨料的生成和投放程序,并采用一种基于背景网格的材料识别技术建立了含有水泥砂浆和粗骨料两种网格的三维混凝土细观有限元模型,同时将界面过渡区简化为这两种网格之间的一种可失效的接触。基于这一模型,运用连续有限元软件对刚性弹贯穿混凝土过程进行了数值仿真,并分析了三个不同种类的粗骨料对剩余速度的影响。结果表明,粗骨料的强度和密度分别在较低和较高的着靶速度下对剩余速度有一定影响。     

基于材料损伤的钢筋混凝土构件损伤模型

基于地震作用下钢筋混凝土结构的损伤机理, 以钢材和混凝土材料损伤模型为基础, 推导出损伤状态下钢筋混凝土构件刚度和材料自由能退化表达式, 提出一种以刚度退化和自由能退化线性组合的钢筋混凝土构件损伤模型. 对钢筋混凝土柱的拟静力试验进行模拟分析, 结果表明该模型可以较好的描述钢筋混凝土柱的损伤演化过程, 且能够定量确定其在单向荷载作用下与之正交方向的损伤程度;对钢筋混凝土桥墩的振动台试验数据和钢筋混凝土刚构桥的数值算例进行了模拟分析, 结果表明基于材料损伤的钢筋混凝土构件损伤模型可以描述钢筋混凝土桥墩抗震能力的退化过程以及预测结构的失效模式, 可用于地震作用下桥梁结构的损伤分析.     

基于非线性超声技术的热损伤混凝土微裂纹检测实验研究

混凝土结构在受热或者火灾作用后其内部极易形成微裂纹,这将严重影响混凝土的耐久性与强度等特性。基于非线性声场调制理论,提出边带峰计数法及损伤指标概念,以评估热损伤混凝土微裂纹的发展。通过高温制备热损伤混凝土,对热损伤混凝土微裂纹的检测结果表明,损伤指标会随微裂纹的发展而增大,与理论研究吻合。证明了非线性声场调制法的可行性,并引入非线性声场共振法进行对比实验,分析了调制法的优越性。并对不同水灰比、骨料比与升温速率的热损伤混凝土微裂纹的检测实验发现,损伤指标峰值会随混凝土水灰比或骨料比的增大而增大,缓慢升温方式对混凝土的损伤较快速升温方式大,并建立起了残余强度与损伤指标峰值之间的关系,为混凝土材料的热损伤评估奠定基础。     

钻孔爆破断裂控制技术研究

提出了一种新型的断裂控制爆破方法——在炮孔内同时利用不同的偶合介质(水和空气)爆破法。利用空气和水不同的物理特性和传能性质,控制爆炸能量的释放过程及作用方向,从而达到控制断裂方向,以起到崩落一侧而保护另一侧的目的。分析了水和空气不偶合装药爆破对周围介质的作用,通过模拟试验,对爆破后水介质所在方向和空气介质所在方向的应变和损伤分别进行了对比,反映出了介质中的受力和变形情况。实验表明,能够有效地控制裂缝的产生和发展,是一种行之有效的断裂控制爆破方法。     

The experimental study on the correlation of resistivity and damage for conductive concrete

This paper investigates the correlation of conductivity and damage evolution in carbon fiber reinforced conductive concrete. Under axial static loading and quasi-static cycle loading, the damage evolution is detected by ultrasonic technique, and the variation of resistivity is also inspected using real-time measurement method. According to the stress wave theory, the relationship between the damage evolution in concrete and variation of ultrasonic velocity is obtained, eventually concluding in the correlation of concrete damage and its resistivity. The research results indicate that concrete real-time damage and resistivity exhibits cubic polynomial correlation under the condition of a static load, and concrete resistivity and residual damage shows exponential growth rule under the condition of a cyclic load.