六边形形状记忆合金蜂窝材料面内变形特性的研究

采用数值模拟方法建立六边形蜂窝材料模型,以形状记忆合金作为基体材料,研究了六边形形状记忆合金蜂窝材料在面内冲击载荷作用下的变形响应特性。重点讨论了冲击速度和温度对变形模式的影响。研究结果表明,在低速和中速冲击条件下,六边形形状记忆合金蜂窝材料表现出均匀的变形模式,温度对六边形形状记忆合金蜂窝材料变形模式的影响可以忽略。     

动荷载与地应力对岩石响应特性的影响试验研究

地下岩体工程爆破开挖施工过程中,距爆源不同距离处地应力和动荷载大小不同,导致岩石具有不同的响应特性。为研究不同大小动荷载与地应力对岩石动态强度和变形特性的影响,利用改进的SHPB试验装置,设置5个冲击速度和轴向静应力等级,分别模拟不同大小的动荷载和地应力,对红砂岩进行三维动态压缩试验。分别分析不同冲击速度和静应力工况下红砂岩平均应变率、动态峰值应力(或动态压缩强度)、极限应变、动态变形模量的变化规律,分别构建红砂岩动态响应参数的演化经验模型,表征岩石动态响应特性。研究结果表明:(1)红砂岩应变率受冲击速度和静应力的影响较大,平均应变率随轴向静应力的增加先减小后增大,随冲击速度的增加呈幂函数增长。(2)相同三维静应力下,随着冲击速度的增加,红砂岩峰值应力和极限应变都呈幂函数增加。(3)相同冲击速度下,随着轴向静应力的增加,红砂岩峰值应力先增大后减小,极限应变先减小后增大。(4)随着轴向静应力的增加,红砂岩临界冲击速度与动态压缩强度均先增大后减小。研究结果有益于岩石动力学理论的完善,也有助于根据工程爆破炸药类型和用量预测围岩体的响应特性及稳定性。     

人工气候环境下考虑荷载应力影响的混凝土温度响应研究

通过自制的持续加载装置对混凝土试件施加不同水平的拉应力或压应力,并在恒温恒湿箱模拟的人工气候条件下进行混凝土试件的升温试验,研究不同应力水平对混凝土微环境温度响应的影响;通过对试验结果的分析,并结合混凝土传热学的相关理论,计算出不同应力水平下混凝土的导热系数,进而建立考虑荷载应力影响的混凝土导热系数预测模型。结果表明:在恒定的人工气候条件下,混凝土的压应力水平越高,其温度响应速率越快,而拉应力水平越高,其温度响应速率越慢;对于同样的应力水平,压应力对混凝土温度响应的影响更显著;所得研究成果可以为实际工程结构中混凝土内部温度响应的预测奠定一定的理论基础。     

岩爆柔性防护网及其动力特性分析

参照边坡落石防护网的特点,提出并开发一套运用于隧道岩爆灾害防护的柔性防护网系统,并对其动力学特性以及构件的安全性能进行研究。首先,根据隧道岩爆调查和现场测试的结果,建立岩爆弹射的数值分析模型,并获得不同初始应力条件下岩爆石块的弹射速度。然后依据米仓山隧道的岩爆特征,构建出岩爆防护网设计原型,并建立起数值分析模型。通过设置不同尺寸、不同速度的冲击工况,对石块冲击防护网的动力过程进行数值计算,并得到其非线性动力响应结果。最后,通过对比防护网构件的数值计算结果与材料试验的结果,对岩爆柔性防护网的安全性能进行评价。研究结果表明:(1)岩爆石块的弹射速度随着初始应力的增加而增加;(2)钢丝绳网是防护网的主要吸能构件;(3)钢丝绳网和锚杆是防护网的主要承载力构件;(4)柔性防护网系统可以有效拦截轻微岩爆或中等程度岩爆所产生的弹射石块。     

混杂纤维高强高性能混凝土抗冲击性能数值仿真

采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA分析平台,对钢纤维、聚丙烯纤维等混杂纤维混凝土(HFRHSC)试件在强动载作用下力学相响应进行了仿真分析,主要针对混杂纤维混凝土的霍普金森压杆冲击试验过程进行数值仿真。采用了HJC(Holmquist-Johnson-Cook)破坏模型,针对混凝土材料冲击损伤破坏的本构模型来计算动态冲击作用下混凝土材料的变形问题。表明了试件内部应力趋于均匀前,经历初始状态的应力震荡;相同的冲击速度下,HFRHSC试件各个时刻的破坏程度轻于没有参加任何纤维的的基本混凝土试件,基本验证了混杂纤维对混凝土力学性能的改良效用。     

爆炸荷载作用下饱和土中隧道的瞬态动力响应

用解析方法研究了爆炸荷载作用下饱和土中圆形隧道的动力响应问题。模型假定饱和土体中的圆形隧道中心处发生爆炸,爆炸荷载采用简化形式,衬砌运动方程基于Flügge壳体理论,饱和土采用Biot波动方程,通过引入两个势函数,在Laplace变换域中推导了爆炸荷载作用下圆形隧道位移和应力响应的表达式。利用Laplace数值逆变换得到爆炸荷载作用下衬砌与土体的时域计算结果,分析了排水条件对位移、应力变化的影响,并讨论了饱和土参数、衬砌和土的相对刚度的影响。数值结果表明,爆炸荷载作用下,不排水条件下应力和位移的响应幅值比排水条件下有所增大;饱和土参数
对土体应力的幅值有明显的影响;衬砌与土的相对刚度越大,土体位移和应力响应的幅值越小,衰减的速度也越快。     

冲击荷载作用下带下部钢管柱单层球面网壳结构动力响应分析

为研究带下部钢管柱的单层球面网壳在冲击荷载下的动力响应,在ANSYS/LS DYNA中建立70 m跨度带下部钢管柱的K8型单层球面网壳与正方体冲击物的数值模型并进行数值分析。根据结构动力响应和最终变形,总结了结构在冲击荷载作用下的4种响应模式,并分析了各响应模式下的动力响应（冲击力、节点速度、节点位移、杆件应力）特点。通过改变冲击点位置以及下部柱高度等参数,分析这些参数对带下部钢管柱的单层球面网壳结构响应模式的影响,揭示了结构响应随各参数的分布规律。研究结果表明:水平侧向冲击作用下结构的冲击力主要为等腰三角形脉冲荷载;冲击柱顶点时,上部结构有杆件失效,结构的节点水平位移和杆件应力最大;冲击柱高度较低时,冲击力峰值较小,节点最大水平位移和杆件最大应力较大。     

基于瞬态动力学理论的装配式建筑升降工作平台碰撞工况动力分析

利用ANSYS软件对可升降工作平台的碰撞工况进行模拟,通过瞬态动力学理论来求解碰撞工况下工作平台结构的一系列动力学响应。通过对整机结构在碰撞工况下的动力学求解,获得整机结构关键节点的加速度、速度及位移曲线,并对曲线进行分析,总结出碰撞冲击载荷对整机结构的动力学响应特征,为施工控制提供参考。     

低温诱发岩石破裂的理论与数值模拟研究

低温诱发岩石开裂在油气开发、地热开采、液化石油气储存等方面都有所涉及,低温液体引起的岩石破裂值得关注。针对这一问题,首先运用热弹性理论获得平板模型单面遭受冷冲击时,其内部温度和应力演化的理论解。运用理论公式研究温度的传导规律和应力的演化特征,并分析换热系数对降温速率和拉应力增加速率的影响作用。结果表明,平板模型表面遭受冷冲击时,冲击边沿处温度先急剧降低,然后逐渐减缓,并最终达到与环境相同的温度;拉应力也先急剧升高而后逐渐降低,并最终降低至0。此外,为了重现冷冲击作用下岩石的破裂过程,揭示冷冲击参数对岩石低温下的破裂机制和特征,运用数值模拟方法研究岩石承受降温冲击作用下的裂纹扩展过程,分析换热系数对岩石温度和最小主应力分布的影响作用,并对不同换热系数条件下岩石产生的裂纹数量进行定量分析。数值模拟结果表明,增大换热系数不仅提高了换热边界的拉应力,使岩石更易于开裂,同时也增加了产生的裂纹数量和扩大了裂纹区的范围,有利于提高低渗透油气藏的渗透性。     

装配式建筑施工升降工作平台动力学特性研究

利用ANSYS软件对装配式建筑施工升降工作平台的动力工况进行模拟,通过瞬态动力学分析来求解动力工况下工作平台结构的一系列响应。其中,升降工作平台在作业过程中引起的冲击振动是对施工平台动力学分析的关键之一,整机系统的动力响应对整机的性能有直接影响。通过对整机机构在不同工况下的动力学求解,获得起升和制动瞬间载荷对整机机构的动态冲击动力学响应和起升动载系数。同时,求解整机结构关键节点加速度、速度及位移曲线,并对曲线进行分析。     

PTFE/Al复合材料的冲击反应阈值试验研究

通过16mm口径气枪发射PTFE/Al圆柱破片碰撞靶板的试验和冲击压缩的理论分析,研究了该材料在冲击条件下的反应阈值。实验中,通过4种试样长度、不同发射速度以及2024铝、45号钢和LDPE这3种靶板材料的组合,对比分析了碰撞应力和应变率对反应的影响,同时获得了PTFE/Al材料的冲击反应阈值。实验结果表明:碰撞应力和应变率均对PTFE/Al的冲击反应有影响,并且共同决定材料的反应情况;碰撞应力和应变率均高于临界值是PTFE/Al材料出现反应的必要条件。综合实验数据提出,PTFE/Al材料在本文所研究条件下反应的临界应力和应变率阈值分别为665 MPa和6 594s~(-1)。     

瞬态冲击荷载作用下刚性道面动态响应分析

以ABAQUS作为分析平台,通过对荷载模型、材料模型、接缝传荷模型等进行合理简化,建立了考虑传荷的双板实体有限元动态响应分析模型,适用于镐头机拆除工况下作用初始阶段刚性道面结构动态响应的模拟。冲击荷载作用下刚性道面变形的动态响应分析表明,竖向位移响应存在显著的叠加效应,在50个冲击荷载作用周期内竖向位移呈周期性历时变化规律;冲击荷载作用下应力的动态响应分析表明,各冲击荷载作用周期内的应力没有叠加效应,最大主拉应力历时分布与荷载加载频率基本一致;动态响应与静态响应对比分析表明,无论是刚性道面的变形响应还是应力响应,动态分析结果均小于静态分析结果。     

埋地管线在爆炸地冲击作用下的数值模拟

常规武器钻地或地面爆炸地冲击作用下引起埋地管线上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,适当选取材料本构关系,对TNT药柱钻地和地面爆炸地冲击作用下引起埋地管线上动力响应问题,进行了数值模拟分析,得出了正对爆心的埋地管段背面部分易遭到材料受拉破坏,且受力过程是瞬态受力过程的结论.模拟计算结果与实验结果较为吻合,表明文中采用的数值模拟方法研究爆炸地冲击对埋地管线的作用是可行的.     

高压输气管道在落石冲击作用下热点应力确定的数值方法研究

崩塌落石是高压埋地输气管道破坏的重要原因之一,对管道在落石冲击作用下的强度校核和安全评定意义重大。文章研究高压输气管道在崩塌落石冲击作用下的动态响应,建立了落石—土—管道相互作用的物理和有限元模型,利用LS-DYNA有限元软件进行数值模拟。采用控制变量法分别考虑落石冲击速度与水平地面夹角α、落地点与管道中心距离d、管道外径D、壁厚t、管道内压P、管道埋深h、落石密度ρ、落石半径r和落石冲击速度v这几个因素对高压输气管道动态响应过程中出现的最大有效Von-Mises应力（热点应力）的影响。提出的计算方法和结果对长距离埋地输气管道设计、施工、防护和风险评估具有一定的参考价值。     

国际期刊导读

正1蜂窝结构的抗冲击参数数值模拟与试验研究摘要:采用有限元方法和试验对铝制六角蜂窝结构在冲击荷载作用下的抗冲击参数进行研究。为了验证有限元模型的正确性,将数值计算结果与试验数据及文献中已知的理论结果进行对比。在蜂窝结构的数值模拟中,需要考虑平面外荷载,因为铝箔厚度、单元侧面大小、单元扩展角度、冲击     

轴对称荷载下饱和地基热-水-力耦合动力响应

基于Biot波动理论,通过建立饱和地基的热-水-力耦合动力响应的控制方程,对轴对称荷载作用下半无限地基的热-水-力耦合动力响应问题进行探讨。利用Hankel变换技术,得到外荷载作用下地基中温度增量、应力、位移和孔隙水压力积分形式的解答。利用Hankel数值逆变换得到计算结果,对热-水-力耦合条件下地基土体中温度增量、应力、位移和孔隙水压力响应的分布进行分析,并与水-力耦合动力响应情况下的结果进行比较。     

基于ABAQUS的冲击荷载下钢框架的动力响应分析

冲击作用下钢框架的动力响应是一个复杂的非线性过程。运用ABAQUS显式动力分析模块建立了钢框架的有限元模型,采用参数化分析方法研究冲击块的冲击速度、冲击位置及冲击质量对钢框架柱在撞击下动力响应的影响。结果表明,采用数值模拟方法对钢框架柱在撞击作用下的研究结果符合能量守恒定律,结果具有可靠性。柱子的位移响应随着撞击质量的增大而增大;柱子的位移响应随着撞击速度的增大而增大;柱子的位移响应随着撞击位置的上升而增大。     

薄钢板在高速碰撞载荷作用下的数值算法

探讨了SPH算法的基本原理及该方法的优缺点;采用该算法对柱形杆高速冲击钢制薄靶板的击穿、粒子飞溅及碎片云的形成过程进行了数值模拟;解决了四棱柱形钢杆SPH粒子单元模型的建立问题,分析了作用过程的物理机理;表明SPH算法可以用于解决高速冲击动力学问题,模拟和预测材料在高速碰撞下的瞬态响应。     

南昌地铁饱和含泥砂土动力特性模拟分析

以南昌地铁区域饱和含泥砂土为研究对象,做了砂土比重试验、颗粒筛分试验和砂的相对密度试验,并在PFC3D颗粒流程序中建立柔性边界面常规三轴和动三轴的数值试验模型。将常规三轴、动三轴的室内试验结果、PFC3D模拟结果和理论计算结果作对比,结果表明,饱和含泥砂土在常规三轴排水条件下的体应变状态、应力应变关系与室内试验和理论计算结果基本符合,在常规动三轴排水条件下同振幅、频率和围压作用下饱和含泥砂土的含泥量越大则应变发展速度越快,孔隙水压力的幅值和相对值也越大。基于数值实验和南昌地铁所建立的单、双隧道模型结果表明,在单隧道运营时,由于列车经过隧道会使隧道产生向下且逐渐稳定波动的位移,同时导致隧道周围土体产生向下的位移、旋涡式的速度和稳定的应力波动;隧道拱顶上土体的位移汇聚向下,拱底下土体的位移扩散向下,速度的旋涡以隧道为中心扩散,土体应力响应则随与隧道的距离增加而减小,且拱顶和拱底的应力响应最大,砂土含泥量与隧道位移和土体应力响应呈正相关。在双隧道模型运营时,其隧道的振动、土体的位移、速度和应力响应与单隧道运行结果大致相同,只是隧道下部的土体在两个振源的作用下应力响应和位移会有叠加效应,两隧道中间的土体则相反会产生相互制约的效果。     

板的轴向塑性破坏性能研究

采用有限元法对板在轴压作用下的破坏性能进行了分析。在板的轴向破坏中,部分硬化参数由两个主要因素控制:材料的极限应力和板边缘的极限平面内侧向变形。然后,基于有效宽度理论和有效板理论,对两类破坏形式推导出一个简化的破坏条件,并且通过与各种材料和几何特性下的数值分析结果进行对比验证了这个破坏条件的有效性。此外,基于本文所提议的破坏条件提出了一个预测极限应力的方法。