爆炸荷载作用下内衬钢板的混凝土组合结构的局部效应分析

内衬钢板被广泛应用于军事工程的加固改造,以增强结构的防震塌局部破坏能力.但由于在爆炸荷载作用下内衬钢板的混凝土组合结构的局部破坏机理尚未完全搞清,因此本文利用以前建立的层状波动计算模型分析对比了有无钢板加固时混凝土中的应力变化情况,进一步研究了内衬钢板后组合结构在爆炸荷载作用下的防震塌破坏机理,并分析了混凝土钢板组合结构在爆炸荷载作用下的局部受力行为和破坏形态,可为工程设计提供理论依据.     

不同爆炸距离下单向支撑方形钢筋混凝土板破坏模式数值模拟研究

为研究方形钢筋混凝土板在爆炸波作用下的破坏模式和抗爆性能,在不同爆炸距离作用和装药量下对典型单向支撑方形钢筋混凝土板进行了数值模拟分析。用AUTODYN软件和流固耦合算法建立混凝土和钢筋三维分离式实体模型,对实验过程进行数值模拟分析,并考虑应变率对钢筋和混凝土材料的动态本构特性的影响。在此基础上,分析了不同装药量下对钢筋混凝土板的损伤和破坏特征。计算结果揭示了钢筋混凝土板从混凝土开裂、底部层裂碎片形成、钢筋屈服到混凝土板局部震塌的动态演变过程。研究结果表明,在近爆非均布爆炸荷载作用下钢筋混凝土板易发生局部冲切破坏,在远距离均匀爆炸冲击波作用下易发生整体弯曲破坏和支座剪切破坏。     

POZD涂覆波纹钢加固钢筋混凝土板抗爆性能

为研究聚异氰氨酸酯噁唑烷聚合物高分子材料(POZD)涂覆波纹钢加固钢筋混凝土板的抗爆性能,对波纹钢加固钢筋混凝土板和POZD涂覆波纹钢加固钢筋混凝土板展开接触爆炸试验,并对其破坏特征进行对比分析。采用LS-DYNA软件进行有限元模拟,研究POZD涂覆波纹钢加固钢筋混凝土板的破坏模式和破坏特征,分析装药量局部毁伤效应的影响,并从应力波传播的角度揭示POZD涂覆波纹钢加固钢筋混凝土板的破坏机理。试验和数值结果表明：在接触爆炸作用下,POZD涂覆波纹钢加固钢筋混凝土板呈现4种破坏模式(结构迎爆面开坑;结构迎爆面开坑,背爆面混凝土层裂和POZD涂覆波纹钢鼓包变形;混凝土板贯穿破坏,POZD涂覆波纹钢严重鼓包变形;整个结构被贯穿破坏穿破坏);在波纹钢加固钢筋混凝土板背爆面涂覆POZD涂层能有效加强结构的抗爆性能。研究成果可为实际工程应用和防护工程提供参考依据。     

爆炸载荷作用下玻璃钢防护结构破坏分析

对航天器分离装置的爆炸作用过程进行了数值模拟研究和试验验证。探讨了玻璃钢防护结构动态力学性能测试和本构参数标定方法,并对玻璃钢防护结构的破坏作用过程进行了分析。分析结果表明,在爆炸载荷作用下拉伸破坏和剪切强度破坏是玻璃钢防护结构破坏的主要形式。     

炸弹邻近爆炸对浅埋结构人防工程的毁伤效应

为研究炸弹邻近爆炸对人防工程结构的破坏效应,对半埋和全埋式浅埋结构人防工程进行不同爆炸距离作用和装药量下的模型结构抗爆试验研究。在1/3大缩比条件下,通过11批次爆炸试验分析人防工程结构的动力响应和破坏特征。结果表明：爆炸产生的空气冲击波作用到外墙上产生的超压大小与墙板刚度有关,外墙结构设计荷载应取墙面受力最大位置的荷载;炸弹在半埋地下室外墙邻近处触地爆炸与全埋地下室外墙邻近处钻地爆炸对工程结构的毁伤效应,不仅与作用到墙面的超压有关,而且与爆炸作用持续时间和周边介质情况以及介质中构筑物的情况密切相关。     

地下拱形结构侧顶爆炸的破坏模式及影响因素

钢筋混凝土拱形结构作为地下防护工程的主要形式,其在近区爆炸荷载作用下的动态响应和破坏模式对防护工程设计具有重要的指导意义.为探讨地下拱形结构在45°侧顶爆炸作用下的破坏模式及影响因素,对侧顶爆炸作用下的钢筋混凝土直墙圆拱形结构开展试验和数值模拟研究.试验加载方式,在地下围岩梯恩梯装药距离拱形结构0.5 m处进行方式;基于有限元分析软件LS-DYNA,采用流体与固体耦合算法,建立围岩、混凝土和钢筋三维分离式实体模型,对钢筋混凝土拱形结构的动态响应过程进行数值模拟,模拟得到的拱形结构破坏现象与试验结果吻合较好.分析了不同装药量下结构的破坏模式以及不同混凝土强度、拱形结构截面厚度和结构跨度对拱动态响应的影响.结果表明:随着装药量增加,结构的破坏模式由层裂破坏、弯曲破坏逐渐过渡到剪切破坏和整体破坏;提高混凝土强度和拱截面厚度能显著改善其抗爆性能,跨度的增加会使结构背爆面损伤程度降低.     

爆炸荷载作用下地下结构破坏模式研究

爆炸荷载作用下地下结构动力响应一直是一个研究的热点问题,但是对于爆炸荷载作用下地下拱形结构破坏模式研究比较少,由于地下工程设计和爆炸荷载作用的双重特殊性,实验研究实现的难度较大,文中利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟通用程序,采用流固耦合算法对不同跨度的地下拱形结构进行了不同装药量和起爆位置的数值模拟,对地下结构与围岩的动力相互作用机理进行了研究,得到了不同装药、不同起爆位置时各种跨度地下拱形结构的破坏模式。     

水下接触爆炸载荷作用下多层板壳破坏概率分析

为研究水下接触爆炸载荷作用下舰船防护板壳结构的可靠性，取钢板弹性模量、切线模量、极限强度和炸药密度作为基本变量，利用随机数生成程序得到50组随机变量的样本值；利用有限元程序LS-DYNA对水下接触爆炸作用的多层板壳结构进行仿真计算，得到各层板的最大应力值；通过检验，最大应力服从正态分布，提出了破坏指标的概念，求得各层板及板壳结构系统的破坏概率．结果表明，在被装药量为460kgTNT的武器攻击时，整个防护结构完全破坏的概率很小．该方法可很好地解决爆炸作用下结构的可靠性问题，为工程结构的防护提供了参考．     

水下接触爆炸载荷作用下多层板壳破坏概率分

为研究水下接触爆炸载荷作用下舰船防护板壳结构的可靠性,取钢板弹性模量、切线模量、极限强度和炸药密度作为基本变量,利用随机数生成程序得到50组随机变量的样本值;利用有限元程序LSDYNA对水下接触爆炸作用的多层板壳结构进行仿真计算,得到各层板的最大应力值;通过检验,最大应力服从正态分布,提出了破坏指标的概念,求得各层板及板壳结构系统的破坏概率.结果表明,在被装药量为460 kg TNT的武器攻击时,整个防护结构完全破坏的概率很小.该方法可很好地解决爆炸作用下结构的可靠性问题,为工程结构的防护提供了参考.     

双层圆柱形爆炸容器弹塑性结构响应的实验研究

本文介绍了平封头的圆柱形双层爆炸容器的设计特点。对其在爆炸载荷作用下的弹塑性动力响应进行了实验研究。在采用了多层容器结构和薄壁钢管能量吸收装置等措施后 ,容器安全地承受了爆炸装置形成的弹片和冲击波的破坏作用。     

POZD涂层钢筋混凝土板抗震塌性能

为研究POZD涂层钢筋混凝土板在接触爆炸作用下的抗震塌性能,对3种试验模型开展不同梯恩梯（TNT）当量的接触爆炸试验。通过对试验模型的毁伤状态观察及数据统计,研究分析了POZD涂层的破坏模式和抗震塌机理。结果表明：POZD涂层钢筋混凝土板具备较为优越的抗震塌性能,随着涂层厚度的增加,抗震塌能力逐渐增强,且震塌系数呈线性减小趋势;钢筋混凝土板喷涂8 mm厚POZD涂层后,抗震塌能力远优于内衬3 mm厚Q235b钢板;在集团装药接触爆炸（球面波）作用下,POZD涂层的毁伤模式为圆锥状鼓起,该鼓起为混凝土碎块和冲击波的复合冲击作用下出现较大塑性变形所致;当冲击荷载超过POZD材料的极限抗拉强度时,除在锥尖处出现较小的圆孔状剪切破坏外,涂层仍能保持整体完好并持续有效约束混凝土碎片,不致产生大面积震塌破坏;在高应变率、强动载作用下,POZD涂层仍然能够保持大变形、高塑性特性,通过自身大变形吸收冲击波能量,约束混凝土碎片,起到较好的抗震塌效果。     

混凝土动态损伤与失效模型

在TCK模型的基础上开发了一个用于混凝土或钢筋混凝土碰撞或侵彻的损伤模型。模型分成两部分考虑：拉伸损伤用TCK模型描述,剪切部分则采用RHT模型。模型考虑了应变硬化、压力和J3相关的失效面、软化、拉伸损伤、压缩损伤和应变率效应。利用LS-DYNA程序的用户自定义材料模型开发并实现了模型算法,并用有关混凝土侵彻试验结果对模型参数进行了标定。计算结果表明,采用该模型可以较好地模拟混凝土或钢筋混凝土的碰撞或侵彻过程中开坑、穿孔和弹体穿孔后的孔壁剥离现象,对剩余速度的预测较为准确。     

爆炸波在岩体巷道中传播和能量耗散的数值分析

从工程实际出发,利用ANSYS/LS-DYNA程序数值分析了爆炸发生时岩层与巷道混凝土板中应力波传播与能量耗散过程,给出了上层岩石的损伤演化规律,分析了不同爆源位置对巷道混凝土板的破坏及其总能量的影响.数值计算表明,在爆炸近区,应力波衰减较快;封闭爆炸情况下,岩石破碎区范围为1.1～3.6倍药包半径,损伤区范围为3.6～10.0倍药包半径;随着爆源到混凝土板距离的减小,混凝土板吸收的能量逐渐减小.该计算结果对工程爆破具有一定的参考价值.     

弹药对典型钢筋混凝土楼房毁伤评估方法研究

为了计算弹药对钢筋混凝土楼房的毁伤效能,基于工程计算模型建立了弹药打击下钢筋混凝土楼房的毁伤评估方法。基于等效单自由度模型提出了爆炸载荷下楼房构件毁伤的计算方法; 建立构件毁伤与楼房整体毁伤的关系,得出了指定弹药攻击位置上楼房毁伤程度的计算模型; 结合弹药落点的散布规律,提出了弹药在命中误差下对楼房毁伤期望的计算方法。同时构建了弹药与楼房模型,基于所建立的毁伤评估方法计算了弹药对楼房的毁伤效能,并分析了高低角、方位角及终点速度对毁伤效能的影响,验证了所建立评估方法的可行性与有效性,可为目标打击方案制定提供技术支撑。     

内爆炸条件下钢筋混凝土表面鼓包的试验观测和数值分析

对内爆炸条件下钢筋混凝土表面鼓包运动规律进行研究。采用高速运动分析系统记录试件的表面鼓包运动,得到表面鼓包形状、中心位移和速度曲线。应用LS-DYNA程序,建立分离式钢筋混凝土模型,使用流体—固体耦合方法对表面鼓包运动进行数值计算。试验结果表明,表面鼓包速度主要受爆轰气体压力载荷控制,应力波使材料产生初期裂纹,同时试件漏斗坑形状呈阶梯型。数值模拟所得到的表面鼓包运动过程和破坏形貌与试验结果相比吻合较好。     

一类钢筋混凝土材料的动态力学性能研究

利用一级轻气炮对钢筋混凝土靶板进行冲击压缩实验研究，采用Lagrange分析方法对实验数据进行处理，得到流场中各力学量的分布规律。实验结果表明在配筋率较低的情况下，钢筋的加入对混凝土的动态压缩性能改善不明显。但是随着配筋比率的提高，钢筋混凝土的动态压缩强度及延性均有较明显的提高。因此认为钢筋混凝土的动态性能是钢筋的强化作用和其引入所带来的混凝土内部的初始损伤共同作用的结果。基于该实验现象和前人的工作，给出了钢筋混凝土的损伤型动态本构关系，理论预测曲线与实验结果吻合良好。     

带装甲钢背板的钢纤维混凝土靶抗侵彻试验及数值模拟研究

为了研究钢纤维混凝土抗侵彻性能,对带装甲钢背板的高强度钢纤维混凝土靶进行12.7 mm 穿甲弹、长杆弹高速撞击侵彻试验。根据背靶侵彻深度试验结果,采用防护系数评估复合靶的抗侵彻性能。采用细观离散元模型Lattice Discrete Particle Model、弹塑性模型和Johnson-Cook屈服准则分别描述钢纤维混凝土、弹体和装甲钢靶的材料力学响应,建立了混凝土侵彻问题的有限元-离散元耦合数值仿真模型。通过对比钢纤维混凝土破坏形态和背靶侵彻深度,验证仿真模型对于钢纤维混凝土侵彻问题的适用性。针对3种代表性侵彻工况,模拟分析复合靶间隙以及钢纤维含量对于侵彻响应的影响。仿真结果表明：相比含间隙的复合靶,无间隙的约束条件能够明显减小背靶侵彻深度;钢纤维含量对于背靶侵彻深度几乎没有影响而对混凝土靶破坏形态有较大影响。进一步仿真分析12.7 mm穿甲弹贯穿钢纤维混凝土靶板响应影响因素,得到：圆柱靶直径大于30倍弹径时, 弹体贯穿出靶速度趋于收敛;随着靶体厚度增小,剩余速度与撞击速度趋近于线性关系。     

钢筋混凝土端面重墙结构的抗爆性能规律

为研究钢筋混凝土端面重墙结构在爆炸冲击波下的抗爆性能,依据最大TNT当量为300 kg的现场试验,对D1、D2、D33种不同构型端面重墙的损伤破坏规律进行数值模拟研究.基于LS-DYNA有限元分析软件,建立流体和固体耦合数值模型,计算得到3种重墙房屋结构在爆炸冲击波作用下的破坏形态,并利用试验结果校正模型参数.进一步利...     

地基材料对混凝土道面下爆炸破坏效应影响的数值分析

采用非线性有限元软件AUT()DYN对不同地基条件下混凝土道面下爆炸破坏效应进行了数值模拟,得到了不同地基情况下应力波在混凝土中随时间和位置的变化规律以及损伤区域分布.结果表明,当炸深较大时,高阻抗地基情况的混凝土道面的损伤加剧,破坏效果的主要特征参量,如漏斗坑半径、隆起高度和速度较低阻抗地基情况明显增加;但地基影响随着炸深的减小而逐渐减弱.     

着靶角度对PELE侵彻钢筋混凝土扩孔效应的影响研究

为了探究着靶角度对PELE侵彻钢筋混凝土靶扩孔效应的影响规律,建立了PELE侵彻钢筋混凝土靶的仿真模型,并且利用侵彻试验结果对仿真模型的准确性进行验证。在0～75°着靶角度范围内,从壳体变形模式、靶板扩孔直径等角度开展了PELE侵彻钢筋混凝土扩孔效应的影响规律与机理研究。研究结果表明:在0～30°着靶角度内,靶板的扩孔尺寸随着角度增大而增大,最大约为4.4倍弹径,并且PELE对钢筋混凝土靶板的破坏功增多; 随着着靶角度进一步增大,靶板的扩孔尺寸反而减小,PELE对钢筋混凝土靶板的破坏功也随之减少。此研究规律可对侵彻毁伤评估、新型动能武器系统设计提供技术支持和理论依据,并可用于指导钢筋混凝土防御工事设计。