不同爆炸力作用下端部消波和加密锚杆支护洞室动态响应研究

基于模型试验,研究了不同爆炸力作用下端部消波和加密锚杆支护洞室的动态响应。在不同爆炸力作用下,三个洞室的拱顶垂直压应力峰值、顶底板相对位移峰值、最大洞壁压应变峰值和拱顶加速度峰值与比例距离呈幂函数衰减规律,并拟合出相应的幂函数曲线。随着比例距离的减小,离端部加密锚杆支护洞室与长密锚杆支护洞室最近测点的垂直压应力峰值的拟合曲线几乎重合,端部消波支护洞室的垂直压应力峰值从比端部消波锚杆和长密锚杆支护洞室大向比它们小转变,大约在比例距离0.6 m·kg~(-1/3)处,三个洞室的垂直压应力峰值相等;端部消波和加密锚杆支护洞室的顶底板相对位移峰值逐渐向长密锚杆支护洞室靠近,当比例距离小于0.8 m·kg~(-1/3)开始超过长密锚杆支护洞室;端部加密锚杆支护洞室与长密锚杆支护洞室的最大洞壁压应变峰值曲线比较靠近,端部消波锚杆支护洞室的最大压应变峰值从比长密锚杆支护洞室小逐渐向比长密锚杆支护洞室大转变;端部加密锚杆支护洞室的拱顶加速度峰值从比长密锚杆支护洞室小到比长密锚杆支护洞室大,比例距离为1.55 m·kg~(-1/3)是两种状态的转折点。     

在动载作用下衬砌洞室抗爆加固效果数值分析

利用数值分析软件LS-DYNA3D程序,研究了在爆炸荷载作用下衬砌加固洞室的抗爆加固效果以及衬砌参数对抗爆加固效果的影响规律。通过分析毛洞和衬砌洞室拱顶同一位置的压力曲线,得出压应力波形及传播规律合理;经过衬砌加固的洞室拱顶峰值位移明显减少,抗爆加固效果显著;当弹性模量不大时,随着弹性模量的增大,抗爆加固效果有所提高,但当弹性模量增大到一定值时,再增加衬砌的弹性模量,其抗爆加固效果反而不佳;衬砌的厚度对洞室的抗爆加固效果有一定的影响,但当衬砌的厚度增加到一定值时,再增加其厚度并不能明显提高衬砌洞室的抗爆加固效果。     

在拱腰爆炸荷载作用下锚杆动态响应数值分析

为研究拱腰集中装药下锚杆的动载响应特性,利用有限元分析程序LS_DYNA 3D,对锚杆的轴向应力分布规律进行了显示动力分析。对比爆心径向同一距离测点的实测压应力时程曲线,模拟结果曲线峰值、形态和趋势与之较为一致。迎爆侧受压强度明显大于背爆侧,最强的受压部位在迎爆侧拱腰;迎爆侧拱顶和拱腰受拉强度比较大,最强受拉部位在拱顶。受压峰值和受拉峰值从锚头到锚端都是先增加后减小,但最大峰值位置不同,并利用应力波原理和最大拉应力瞬时断裂准则分析其原因。     

爆炸荷载下钢管混凝土构件动态响应的数值模拟与试验验证

通过数值模拟和试验两种方法对爆炸荷载下钢管混凝土构件(CFST)的动态响应进行研究.首先基于LS-DYNA非线性有限元分析软件,采用多物质流固耦合方法,建立爆炸荷载下CFST数值模型;其次,设计三根钢管混凝土试件的爆炸罐内近距爆炸试验,并基于试验结果对数值模型的有效性及合理性进行了验证;最后总结爆炸荷载作用下CFST的破坏规律,并通过参数化分析方法,研究核心混凝土强度与钢管厚度对CFST抗爆性能的影响.结果表明:数值模拟方法能够有效合理地反应CFST在爆炸荷载作用下的动态响应,对比爆坑深度和测点加速度的模拟结果与试验结果,误差均在10％以内;近距离爆炸荷载下,CFST结构的破坏形式可分为4个阶段:迎爆面破坏、跨中弯曲变形、端部受拉、振动阶段;提高核心混凝土强度和增大钢管厚度都能改善CFST的抗爆性能,核心混凝土等级为C50、C70、C80的构件背爆面中心位置位移最大值相比于C30等级分别减小了2.3％、4.3％、5.3％,钢管厚度为4 mm、5 mm、6 mm的构件相比于3 mm钢管背爆面中心位置位移最大值分别减小了17.0％、28.6％、37.4％,钢管厚度对结构抗爆性能的改善效果更为明显.     

爆炸荷载作用下锚杆动载响应和加固机理数值分析

利用数值分析软件LS-DYNA3D程序,研究了在集中装药爆炸应力波的作用下,锚杆的动载响应及加固机理。通过对比拱顶、拱腰和侧墙锚杆的试验和数值模拟轴向应变时程曲线,表明数值模拟结果可靠。通过分析拱顶锚杆轴向应变时程曲线,发现受压和受拉都比较大。根据拱腰、拱脚和侧墙的轴向应变时程曲线,得出由于拱部和边墙之间位移差别,有可能产生剪切错动,导致锚杆被剪断,在设计和施工时应该注意锚杆抗剪强度。     

爆炸荷载作用下锚杆动载响应和加固机理数值分析

利用数值分析软件LS-DYNA3D程序,研究了在集中装药爆炸应力波的作用下,锚杆的动载响应及加固机理。通过对比拱顶、拱腰和侧墙锚杆的试验和数值模拟轴向应变时程曲线,表明数值模拟结果可靠。通过分析拱顶锚杆轴向应变时程曲线,发现受压和受拉都比较大。根据拱腰、拱脚和侧墙的轴向应变时程曲线,得出由于拱部和边墙之间位移差别,有可能产生剪切错动,导致锚杆被剪断,在设计和施工时应该注意锚杆抗剪强度。     

隧道爆破开挖作用下砂浆锚杆动力响应特征及安全控制研究EI北大核心CSCD

明晰隧道爆破开挖作用下砂浆锚杆的动力响应特征,保证锚杆支护系统的安全稳定是隧道高效建设及安全运行的关键。基于龙南隧道各级围岩爆破开挖工程,采用动力有限元数值模拟软件ANSYS/LS⁃DYNA,分别建立不同围岩级别、不同注浆龄期砂浆锚杆爆破开挖动力有限元计算模型,分析隧道爆破作用下各部位砂浆锚杆的动力响应特征与失效机制。研究表明,各级围岩爆破开挖时,隧道拱顶的锚杆振动速度与轴力均最大,锚杆部件端部为最危险点,沿隧道轴线方向,锚杆的振动速度与轴力均随爆破距离的增大而不断衰减;各部位的锚杆峰值振速随着注浆龄期的增加而减小,轴力随注浆强度的增加而减小,其剪力值也会减小;拱顶锚杆的轴力值与峰值振速具有线性关系,其与围岩级别以及龄期的大小有关,根据锚杆安全轴力可以计算得到不同围岩级别、不同养护龄期隧道爆破开挖砂浆锚杆的安全控制振速。     

锚杆支护圆形隧洞弹塑性解

该文推导了锚杆支护前后圆形隧洞的应力、位移和塑性区半径表达式。首先考虑静水压力状态下,岩石表现为弹脆塑性材料模型,采用Mohr-Coulomb线性屈服准则以及非关联流动法则,推导了无支护状态下圆形隧洞的弹塑性解析新解。在此基础上,通过均匀化方法,从宏观尺度将锚杆高密度支护模式下的岩石和锚杆复合体考虑成均匀连续、强度参数增强的等效材料,定义能够反映隧洞支护参数的锚杆密度因子,推导出等效弹性模量,等效粘聚力和等效内摩擦角的表达式,然后通过该文得到的隧洞在无支护状态下的解析解可以得到锚杆支护圆形隧洞解析解。最后将该文结果与前人研究结果及数值结果进行了比较分析,对比了锚杆支护前后圆形隧洞的塑性区半径、塑性区位移和塑性区应力,结果表明锚杆支护对隧洞的加固效果明显,该文结果可为地下工程中圆形隧洞的稳定性分析提供参考。     

隧道拱部穿越页岩爆破开挖方法及参数试验研究

隧道拱部穿越页岩存在上软下硬的围岩分布特征,爆破开挖拱部常发生大体积岩体掉块、塌落的问题。依托海螺峪隧道工程,应用爆破开挖试验和数值模拟的方法,分析拱部页岩的破坏特征,提出了上软下硬岩体隧道上台阶CD(center diaphragm)开挖方法。并优化了光爆层炮孔及装药参数、掏槽布孔形式和减小最大单孔装药量等措施。对比分析隧道开挖的围岩破坏特征、超挖大小和围岩变形结果,采用优化的爆破开挖方案围岩轮廓成型的质量更好。结果表明：隧道拱部穿越页岩的爆破开挖,拱顶页岩沿结构面易发生自下而上的逐层脱离破坏,拱肩至拱腰页岩沿结构面易发生张裂破坏。采用上台阶CD开挖方法有利于减小一次开挖面积和约束拱顶页岩分离,采用优化的爆破参数可减小围岩损伤,爆后轮廓不规则边长由0.9 m减小为0.4 m。优化后毛洞的最大线性超挖和平均超挖面积大大减小。表现为：最大线性超挖拱顶由100.2 cm减小为28.6 cm、拱肩由50.1 cm减小为20.1 cm,断面平均超挖面积减小约48.2%;优化后围岩累计变形减小,左、右导洞拱顶最大沉降分别减小47.8%和34.9%,拱腰水平收敛值减小33.3%;下台阶开挖对上台阶...     

工艺参数对聚甲醛微注塑制品力学性能的影响机理EI北大核心CSCD

基于单因素实验,研究工艺参数对不同厚度聚甲醛(POM)微注塑制品屈服应力、弹性模量、断裂强度和断裂伸长率等力学性能指标的影响,并基于制品形态结构分析工艺参数对制品力学性能的影响机理。实验结果表明,随着注射速度的增大,1.0mm厚微制品的皮层厚度减小,过渡层厚度增加,结晶度增大,综合效应使得屈服应力、断裂强度和弹性模量增大,断裂伸长率减小;0.2mm厚微制品的皮层厚度占主导地位,其力学性能是由皮层的力学性能决定,皮层厚度先增大后减小使得屈服应力、断裂强度和弹性模量先增大后减小,断裂伸长率先减小后增大。随着熔体温度的升高,1.0mm厚微制品的分子链取向度减小,皮层厚度减小,收缩量增大,使得屈服应力、断裂强度和弹性模量减小,断裂伸长率增大;而0.2mm厚微制品的皮层减小,但过渡层增加,结晶度增大,且补料更充分,综合作用使得屈服应力、断裂强度和弹性模量增大,断裂伸长率减小。随着模具温度的升高,1.0mm厚微制品的皮层比例减小,结晶度增大,结晶度影响占主导,使得屈服应力、断裂强度和弹性模量逐渐增大,断裂伸长率减小;而0.2mm厚微制品的皮层厚度占主导,皮层厚度明显减小使得屈服应力、断裂强度和弹性模量减小,断裂伸长率增大。     

在平面波的作用下地下洞室的振动加速度分布规律研究

利用模型试验和理论研究了在平面应力波的作用下,地下洞室振动加速度分布规律.结果表明:当洞室受到拱顶正上方平面波作用时,拱顶径向振动加速度是4个测量数据中最大的,是振动最激烈的地方;当入射方向从拱顶向左侧偏移至水平方向,迎爆侧的径向加速度都比背爆侧的径向加速度大;当入射方向在拱顶时,切向振动加速度从拱顶至侧墙是先增加后减小,入射方向在拱腰处,拐角的切向振动加速度应该注意;对比洞室的径向加速度和切向振动加速度,洞室的振动加速度允许峰值是由径向加速度控制.这将对实际工程进行抗爆设计非常有意义.     

壳层厚度对核-壳结构PS-SiO_2杂化颗粒压缩弹性模量的影响

基于正负电荷间的静电作用制备了具有核-壳结构的聚苯乙烯-氧化硅(PS-SiO2)杂化颗粒,通过调节正硅酸乙酯的用量对样品的SiO2壳层厚度进行控制。利用原子力显微镜(AFM)在微观尺度上测定杂化颗粒的力-位移曲线,根据Hertz接触模型和Sneddon接触模型,考查了SiO2壳层厚度对样品压缩弹性模量的影响。扫描电子显微镜(SEM)和透射电镜(TEM)结果显示,杂化颗粒中PS内核尺寸为(197±9)nm,壳层由SiO2纳米颗粒组成,在本试验范围内杂化颗粒样品的壳厚为11~16nm。在Hertz接触模型条件下,PS微球的弹性模量为(2.2±0.5)GPa,其数值略低于PS块体材料。当SiO2壳厚由11nm增至16nm时,杂化颗粒的弹性模量从(4.4±0.6)GPa增至(10.2±1.1)GPa,其数值明显低于纯SiO2,且更接近于PS内核。     

爆炸荷载下泡沫混凝土减振层动力响应分析

为研究爆炸荷载下泡沫混凝土减振层厚度对岩体拱结构的减振性能影响,基于ANSYS/LS-DYNA动力有限元分析软件,建立炸药-空气-结构流固耦合模型,在岩体与衬砌间设置0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 m不同厚度泡沫混凝土减振层。应用流固耦合算法对比分析了衬砌外层拱顶、拱肩和拱脚单元最大有效应力、峰值压力及峰值位移。拱顶上方单元压力与TMB5-855-1公式吻合良好,验证了模型有效性。数值模拟结果表明:设置减振层后拱顶、拱肩和拱脚最大有效应力变小,拱脚减少超过80%;随减振层厚度增加,拱顶、拱肩和拱脚峰值压力减小,峰值位移增加,当厚度超过0.6 m,减振抗爆效果不明显,峰值位移趋于稳定;拱顶作为响应强烈部位,应采取加固措施;综合考虑经济因素,建议设置0.6 m厚减振层。     

TC4负泊松比复合结构的人工骨力学性能调控研究

目的 基于不同变形机制的负泊松比结构优化设计新型复合多孔结构样件,增加力学性能的调控维度,以满足人体骨低弹性模量的匹配要求。方法 用内凹多边形替代手性结构的圆环,以获得新型的复合胞元结构。利用选区激光熔化成形技术制备负泊松比多孔人工骨样件,通过压缩实验揭示胞元结构类型、结构参数、孔隙率对屈服强度、弹性模量的影响规律,评测不同结构样件与人体骨间的力学性能匹配程度。结果 当孔隙率为65%～85%时,复合结构样件的成形质量、力学性能基本介于手性结构的和内凹结构的之间,且与孔隙率密切相关。手性结构、内凹结构和复合结构的弹性模量分别为2.39～4.64、1.12～3.77、1.01～3.47 GPa,屈服强度分别为65.19～223.06、45.25～195.81、26.54～143.58MPa。复合结构的弹性模量随环径和内凹角度的增大而减小。当孔隙率为75%时,环径由2.4 mm变至2.0 mm,弹性模量由2.651 GPa降低至2.082 GPa。当内凹角度由85°变至65°时,弹性模量则由3.566GPa降低至1.982GPa。结论 复合胞元结构可以融合材料特性,增加调控维度,进而匹配人工...     

爆炸荷载下桥墩挂板防护性能研究

为研究挂板对桥墩在爆炸荷载作用下的防护性能,利用ANSYS/LS-DYNA建立钢筋混凝土板爆炸数值模型并验证其有效性,对有无挂板防护空心截面桥墩数值模型在爆炸下的响应与破坏进行分析比较,通过观察应力波的传播过程、桥墩的破坏形态以及背爆面位移,进一步讨论挂板面板厚度、芯层密度及芯层厚度等关键参数对挂板爆炸防护效果的影响....     

新型叠加系统均力机理的数值模拟分析

附加侧向力是引起叠加系统旋转效应的重要原因。基于有限元法(finite element method,FEM),分别对新型叠加系统均力结构的4个尺寸变量进行数值模拟分析。结果表明:在一定范围内,随着均力板惯性矩、厚度和轴承座高度增加,力传感器所受侧向力波动量减小;均力板的弹性模量在150 GPa附近,力传感器获得较小的侧向力波动量。由此可知,特定的均力结构能有效抑制附加侧向力。     

汽车转向节臂端部冷精整工艺优化

目的 得到单向压缩冷精整的精整量与预变形孔半径和深度之间的变化规律,以及摩擦因数大小同回弹量之间的关系。方法 对转向节臂端部锻件上下表面进行预变形凹槽孔处理,并建立锻件单向压缩冷精整的弹塑性有限元模型,利用ABAQUS有限元软件进行数值模拟仿真,分析摩擦因数对表面质量的影响,得到优化后的工艺参数,并进行实验验证模拟结果的准确性。结果 摩擦因数越大,冷精整后的转向节臂端部锻件的鼓形越明显。在精整量为1 mm的情况下,当预变形凹槽孔的半径为4 mm、深度为0.3 mm、单向压缩量为1.1 mm、摩擦因数为0.2时,能够得到最好的表面质量。结论 当摩擦因数相同时,预变形凹槽孔的半径越大,径向位移越小,而回弹量基本保持不变。     

深埋隧洞分步支护合理支护时机的力学研究

针对深埋隧洞分步支护时机缺乏可靠的理论研究,借助支护形式为“初衬+锚杆+钢拱架+二衬”的复合式衬砌结构,建立隧洞力学模型,基于Mohr-Coulomb准则,考虑开挖“空间效应”、衬砌时效特性以及支护结构分步施加的时机,推导了隧洞开挖与支护过程中塑性区应力、洞壁位移以及支护压力解析解。通过算例将该文理论成果与数值方法对比分析,验证了该方法的可行性,另外,分析了隧洞支护过程中塑性区应力、洞壁位移、支护压力的变化情况并提出隧洞分步支护的合理支护时机。研究表明:支护结构施加过程中,围岩塑性区的径向应力逐渐加强,切向应力峰区向洞壁转移,塑性区厚度大幅降低,其中,锚杆和钢拱架作用明显;优化初支施加时机后,洞壁最大位移、二衬荷载分担比较算例分别减少27.4%、13.2%,并根据优化结果给出支护结构施加时刻的建议值。研究成果对长期困扰隧道工程界支护结构如何分步支护提供了理论借鉴。     

电爆喷涂中工艺参数对涂层性能的影响

电爆喷涂技术能够快速、方便地在玻璃等非金属表面制备金属涂层。通过对不同工艺参数下电爆喷涂实验样品的测试与分析,得到了工艺参数与涂层性能之间的关系。结果表明,电爆喷涂过程中,当电容器初始电压从10kV逐渐增大到20kV、金属丝直径由1mm逐渐减小到0.5mm、回路电感由10.8μH逐渐减小到3.9μH时,能够使金属丝的受热更加充分,爆炸产生的金属微粒的平均粒径更小,温度更高,飞行速度更快,因而形成的涂层更加致密、均匀,涂层电阻最小达到0.235mΩ。     

阶梯圆柱壳在轴向冲击载荷作用下的屈曲计算分析

建立并求解了阶梯圆柱壳径向位移控制方程,考虑边界条件及相容条件,得到应力波发生反射后阶梯圆柱壳的动态屈曲分叉条件。通过数值计算,分别给出了不同时间段屈曲临界载荷与应力波波阵面到达阶梯圆柱壳的位置、阶梯圆柱壳厚径比的关系。数值计算结果表明,阶梯圆柱壳发生轴对称屈曲相对非轴对称屈曲更容易;应力波传播经固定端反射,通过分界面后比通过分界面之前固定端部更难发生屈曲,而冲击端部较易发生屈曲。随着厚径比及厚度比的增大临界载荷也随之增大。质量相同的阶梯圆柱壳与等厚度圆柱壳,应力波经固定端反射通过分界面之前阶梯圆柱壳更易发生屈曲,而通过分界面之后阶梯圆柱壳更难发生屈曲。