核电站在大型商用客机撞击下损伤破坏研究进展

2001年9·11事件后,美国核能管理委员会、核能研究院和能源部以及我国核安全局相继出台相关规范,明确规定核电站设计必须考虑大型商用客机的意外和恐怖性撞击作用。从飞机机身的整体撞击效应、引擎局部撞击效应以及核岛厂房结构振动3方面,回顾了核电站重要基础设施在飞机撞击下损伤破坏的理论模型、原型和缩尺试验以及数值仿真研究等的工作进展,对课题组近年来在该领域的研究工作进行了简要介绍,包括4种典型飞机（F4战斗机、空客A320、A380和新舟MA600）和4类核岛设施（预应力钢筋混凝土屏蔽厂房、普通钢筋混凝土屏蔽与附属厂房、钢板混凝土屏蔽与附属厂房,普通钢筋混凝土大型冷却塔）的精细化有限元模型及其撞击全过程的数值仿真分析。此外,介绍了引擎撞击普通钢筋混凝土和超高性能混凝土靶板的缩尺试验和数值模拟分析工作,以及引擎撞击局部效应的计算方法。最后,指出了该领域已有研究在撞击力计算、整体响应、局部破坏、振动效应和多灾害作用方面的不足和进一步研究方向的建议。     

27SiMn高强钢板单向拉伸力学性能试验研究

27SiMn钢是我国自主研制的一种高强钢材,具有较高的抗拉强度、良好的冲击韧性和焊接性能。为了研究27SiMn钢板的基本力学性能,针对4块名义厚度为6. 8 mm的27SiMn钢板试件开展了单轴拉伸试验。试验中分别采用激光位移计和DIC(Digital Image Correlation)技术量测钢板拉伸应力-应变全曲线及相关力学参数。研究发现,DIC法消除了拉伸机械刚度和初始加载时抖动的影响,获得的应力-应变全曲线更加光滑准确。试验结果表明:27SiMn钢板极限强度为753 MPa,断后伸长率为20%,屈强比为0. 74,与同强度其他钢材相比具有更好的延性;其单向拉伸应力-应变曲线分为准弹性段、弹塑性段、屈服缓升段、强化段和二次塑流段,并以低碳钢的五阶段模型为基础得到了27SiMn钢板单向拉伸应力-应变曲线五阶段本构关系模型,计算结果与试验结果吻合较好。     

从物理机制角度探讨描述混凝土本构的途径

１混凝土的内部结构以宏观水平而论,混凝土可视为由集料颗粒分散在水泥浆基体中所组成的两相材料。但是,在应力作用下混凝土的行为许多方面只能将水泥浆集料界面视为混凝土结构的第三相———过渡区相,才能作出解释。过渡区相,它代表着粗集料颗粒与硬化水泥浆体之间...     

数值模拟中混凝土类材料应变率效应曲线的惯性效应修正

数值模拟是研究混凝土类材料在动载下响应的有效方法,准确输入材料真实的应变率效应曲线对预测结构在动载下的响应有重要作用。收集了1990年以来针对混凝土类材料的动态抗压实验数据,并将惯性效应对材料动态强度的影响进行剥离,得到真实的材料应变率效应引起的抗压动态强度放大因子（DIF_ε）与应变率对数的关系曲线。分析数据发现：实验得到的抗压动态强度放大因子（DIF_s）和惯性效应引起的抗压动态强度放大因子（DIF_i）都随试件尺寸的增大而增大;随着材料准静态强度增大,混凝土类材料DIF_i随应变率增长的增长幅度减小。对比拟合曲线与其他曲线可知,在高应变率下,新的应变率效应拟合曲线比已有半经验公式能更好地反映实验数据的DIF_ε;模拟时分别输入新的应变率效应曲线和CEB推荐公式,将输出结果与DIF_s对比,验证了新的应变率效应曲线的优越性。     

联合广义Hoek-Brown屈服准则的盐岩黏弹塑性损伤模型及工程应用

通过4种屈服准则对盐岩适用性的对比分析,表明广义Hoek-Brown准则能够准确预测盐岩从拉伸到压缩应力区的强度值,结合不同应力状态下的塑性流动法则建立完整的盐岩弹塑性模型。进一步考虑盐岩的黏性损伤,基于Lemaitre等效应变原理,引入损伤蠕变分量建立了一种能够反映盐岩初始蠕变、稳态蠕变和加速蠕变全过程的黏弹塑性损伤模型,并进行试验验证。利用FLAC 3D 的二次开发接口,实现了新模型的软件嵌入。对金坛盐岩储气库工程进行卸压模拟,分析储库围岩损伤和破坏演化规律,得到了储库初步最小运营内压为7 MPa。研究表明,新模型能够较好地匹配盐岩试验数据,描述盐岩黏弹塑性损伤行为,且数值稳定性良好。     

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 B...     

飞机撞击下核岛厂房损伤破坏与振动响应的数值仿真分析EI北大核心CSCD

9·11事件后,商用飞机撞击成为核岛厂房必须考虑的超设计基准事故。为探讨合理可靠的数值仿真方法以准确评估核岛厂房在商用飞机撞击下的损伤破坏和振动响应,首先对1∶15缩尺飞机撞击核岛厂房模型试验进行数值模拟。通过对比试验中厂房结构的损伤破坏以及不同标高位置的加速度时程,验证了所采用的材料模型与参数,以及数值仿真方法的准确性。进一步建立了精细化的AP1000原型核岛厂房有限元模型,开展了A320飞机以100 m/s的速度撞击反应堆厂房环吊梁标高位置的数值模拟,评估了厂房的损伤破坏和环吊梁的振动响应。结果表明:在该研究的工况中,商用飞机撞击反应堆厂房将导致机身撞击区域发生贯穿破坏,但内部钢制安全壳可保持整体密封性;环吊梁振动低于限值,环吊不会发生跌落,反应堆安全性可以保证。     

显式Newmark法求解波动问题精度的探讨

本文对一维平面弹性波动问题,研究了预估-校正形式的显式Newmark积分格式求解精度。对工程中常见的平台型和升压平台型荷载作用下的波动问题,采用预估-校正形式的显式New-mark积分格式产生的数值阻尼技巧是提高有限元求解波动问题精度的一个有效方法。     

速率相关混凝土模型中一个值得商榷的问题

本文对一种广泛应用于钢筋混凝土结构动力分析的速率相关的混凝土模型进行讨论，该模型的基本特征是粘性参数与应变速率有关。为了比较和验证该模型的正确性，本文严格按照弹粘塑性理论并结合过应力概念，提出了一种应变速率相关模型。文中给出了在常应变速率、应力松弛和蠕变等加载情况下二种模型的分析解。理论和数值计算结果都表明，先前提出的应变速率相关模型不仅理论上有缺陷，而且在稳态响应阶段段值计算存在较大误差。     

岩石Holmquist-Johnson-Cook模型参数的确定方法

Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构模型在混凝土冲击爆炸数值模拟中应用广泛, 该文将其推广到岩石类材料中, 为合理确定岩石材料的HJC本构模型参数, 从塑性屈服面理论出发, 得到了特征化黏性强度系数与帽盖模型参数的关系。基于三轴围压实验、Hugoniot实验和Hopkinson压杆实验数据, 分别得到了Salem石灰岩极限面参数、压力参数和率效应参数的取值。基于上述模型参数利用有限元程序LS-DYNA对Salem石灰岩的弹体侵彻实验进行了数值模拟, 侵彻深度的计算结果与实验数据对比表明了本文所提出的HJC本构模型参数确定方法的合理性和有效性。以相对侵彻深度为目标函数, 对Salem石灰岩HJC模型所涉及的19个参数的敏感性进行了分析, 并对一般岩石材料的HJC模型参数的确定给出了建议方法, 并通过模拟高强花岗岩和Sidewinder凝灰岩弹体侵彻实验, 进一步验证了该文提出方法的合理性。