钢箱梁爆炸冲击局部破坏的数值模拟

运用LS-DYNA非线性有限元软件,采用ALE多物质流-固耦合算法,研究了汽车炸弹（TNT当量100-500kg）桥面爆炸冲击作用下钢箱梁的局部破坏。结果表明,钢箱梁局部破坏模式有两种：（1）桥面板和底板均破口;（2）桥面板破口,底板产生局部塑性大变形。隔板的主要破坏模式为弯曲塑性大变形和破口。破坏参数随炸药当量的增加呈非线性增加。箱体内冲击波对底板、隔板的冲击作用相对较小,顶板破片的冲击作用是底板和隔板产生局部塑性大变形和破口的主要原因。     

汽车炸弹钢箱梁内部爆炸局部破坏效应分析

采用ALE多物质流固耦合算法,对汽车炸弹 (TNT当量200kg~1500kg) 在双层桥梁下层桥面典型位置爆炸的局部破坏效应进行了数值模拟,研究了内爆炸冲击作用下钢箱梁的响应过程、破坏模式、破坏参数及其主要影响因素。结果表明：破坏模式及破坏参数与爆炸位置和TNT当量密切相关,爆炸位置对桥梁主要受力体系的受损程度影响较为明显,加劲肋对其垂直方向的破口具有约束作用,箱体对冲击波的约束效应使破坏作用加剧。合理设置加劲肋、加强重要构件和设置防爆层等措施有利于提高桥梁结构抗爆能力。     

水下近场非接触爆炸作用下固支方板破口计算

为研究水下近场非接触爆炸载荷作用下固支方板的破口现象,根据能量守恒原理,假设冲击波能完全转化为结构的初始动能,进而转化为结构的塑性变形能。通过假设变形模式,建立塑性变形能与平板转角之间关系,进而求解平板转角。平板在中间出现破口后,裂纹向外扩展,呈现花瓣状,满足环向应变等于开裂应变条件时裂纹终止,破口达到最大。根据转角大小,可以求解破口尺寸。与通用有限元软件ABAQUS/EXPLICIT计算结果对比,两者吻合较好。工程上,可以利用本文建立的计算方法估算破口大小。     

空中爆炸载荷作用下铝合金圆板的反直观响应研究

采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对空中TNT炸药起爆后,在爆炸冲击波作用下铝合金圆板的动力响应进行了数值分析。研究中分别考虑了TNT质量、圆板尺寸、约束形式等因素对反直观行为的影响,得到了产生反直观动力响应的不稳定区域。分析结果表明:爆炸载荷作用下,炸药只有在一定的比距离范围内,圆板才能产生反直观响应;圆板在向载荷反向运动过程中的再次塑性耗散将使板没有足够的能量再次跳回到正方向,从而发生反直观响应;圆板厚度的增加将使其更难产生反直观动力响应;固支圆板与简支圆板在发生反直观响应时虽然变形模态有区别,但对于反直观行为发生时炸药所处的位置影响不大。     

设防爆层钢箱梁缩尺结构抗近场爆炸作用试验研究

为研究设防爆层钢箱梁抗近场爆炸作用效果,以53 g炸药当量、70 mm爆距为典型爆炸条件,开展了混凝土-单层/双层钢丝网板、5层/10层凯夫拉板及其组合为防爆层的钢箱梁缩尺结构近场爆炸试验研究。以塑性变形能为抗爆效果考查指标,8种试验工况结果表明:近场爆炸作用下无防护钢箱梁顶板会发生沿U型加劲肋的撕裂破坏及球冠状凹坑,且横隔板间距250 mm比间距150 mm的钢箱梁顶板破坏严重,变形能约高出60%;混凝土-双层钢丝网板较单层钢丝网板能降低钢箱梁顶板的变形能约2.2%;混凝土-双层钢丝网板与5层凯夫拉组合作为防爆层,顶板塑性变形能降低至无防护结构钢箱梁顶板的34.5%,混凝土-双层钢丝网板与10层凯夫拉组合作为防爆层,该数值约为32.7%。     

温压炸药爆炸冲击波在坑道内的传播规律研究

温压炸药爆炸冲击波对坑道内的人员和设备构成严重威胁。在TNT爆炸试验数据验证的基础上,利用AUTODYN软件建立了炸药堵口爆炸的数值计算模型。基于JWL-Miller能量释放模型计算原理,通过与TNT冲击波的对比,研究了某型温压炸药爆炸冲击波在坑道内的传播特性;通过与空旷地面爆炸冲击波的对比,研究了坑道对温压炸药爆炸冲击波的约束作用。研究结果表明:温压炸药具有更大的破坏威力,温压炸药的超压峰值和正相冲量平均为TNT的1.91倍和1.82倍,其超压和冲量等效TNT当量系数分别为1.94和2.21;坑道对温压炸药冲击波的约束作用明显,其超压峰值和正相冲量平均值分别为空旷地面上的13.55倍和15.21倍。     

非接触爆炸冲击载荷对防盗门作用数值模拟研究

为实现反恐行动中非接触爆炸冲击波破门目标,针对金属防盗门实际条件建立数值仿真模型,重点研究了防盗门在非接触爆炸冲击载荷作用下塑性变形破坏过程及规律。结果表明：相同爆炸冲击载荷作用下,实际转动条件防盗门板塑性变形动力响应时间延长,最大变形量远大于四边固支条件下门板变形量;爆炸中心与防盗门距离过近,门板受爆炸产物和空气冲击波共同作用,只出现局部破坏,不能实现门板整体塑性变形;拟合了防盗门板在非接触爆炸冲击载荷作用下变形量计算式,可为反恐破门弹药设计提供依据。     

水下爆炸气泡载荷在加筋板塑性变形中的作用

水下爆炸产生的冲击波载荷和气泡载荷都会对水中结构产生毁伤作用。为研究水下爆炸气泡载荷在加筋板塑性变形挠度中所占的比例,利用通用有限元软件Abaqus/Explicit对加筋板模型在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行了一系列数值仿真。载荷计算采用了Geers-Hunter模型,材料本构采用了Johnson-Cook模型,将部分计算工况与试验结果比较,两者吻合较好。通过分析计算结果可以看出在气泡载荷在加筋板塑性变形中的比重主要受爆距影响,爆距越小,所起的作用越大。所以,在水下近场爆炸计算中,气泡载荷引起的塑性变形不容忽视。     

正交异性钢桥面板典型细节疲劳强度研究

为合理确定正交异性钢桥面板疲劳强度,该文对国内外疲劳试验成果进行分析,确定有效的钢桥面板疲劳试验数据,结合典型细节疲劳开裂机理,提出适应于中国抗疲劳设计与建造水平的钢桥面板疲劳强度等级(200万次循环对应的疲劳强度)。研究结果表明:顶板与纵肋连接细节疲劳强度受焊缝型式影响较大,采用角焊缝连接时疲劳强度为50级,采用部分熔透焊缝连接时为60级;纵肋与横隔板连接细节横隔板焊趾处疲劳强度为70级,纵肋腹板焊趾处为55级;横隔板挖孔细节疲劳强度为70级;纵肋拼接细节疲劳强度与拼装间隙密切相关,拼装间隙小于3 mm时疲劳强度为40级,拼装间隙4 mm~6 mm时疲劳强度为70级,拼装间隙8 mm~12 mm时疲劳强度为100级。纵肋与横隔板连接细节横隔板焊趾处、横隔板挖孔细节和纵肋拼接细节疲劳强度与现行中国JTG D64规范一致,而顶板与纵肋连接细节、纵肋与横隔板连接细节纵肋腹板焊趾处疲劳强度低于JTG D64中的疲劳强度等级。在进行正交异性钢桥面板抗疲劳设计或疲劳评估时,应综合考虑细节构造、制造质量以及实际使用状况等因素,采用合理的疲劳强度等级。     

近场爆炸作用下钢箱梁抗爆性能研究

为研究钢箱梁的抗爆性能,基于ALE多物质流固耦合理论,采用LS-DYNA软件开展近场爆炸作用下钢箱梁的数值模拟,根据钢板爆炸试验验证了模拟方法的准确性,开展钢箱梁损伤及压力场分析,进一步就不同炸药当量、不同钢板厚度及不同加劲肋布置展开参数化分析。研究结果表明:爆炸荷载作用下钢箱梁的破坏形式主要可分为塑性变形和破裂开口两种;爆炸冲击波破坏顶板后在翼板处狭小的空间内,封闭效应显著,箱梁内部超压峰值最大发生在顶板最靠近爆点的加劲肋处;结合抗爆性能、经济性和桥面铺装推荐2 cm为钢箱梁顶板最优厚度;加劲肋与顶板可看作一个熔断体系,利用加劲肋和顶板相对刚度的差别,可以将破损区域限制在两加劲肋之间。     

等效靶弹药空气中爆炸威力评估

针对传统的冲击波压力电测法操作复杂且易受干扰的问题,提出基于等效靶塑性变形的炸药爆炸威力评估方法.首先进行小当量立姿等效靶板变形试验,并基于实验结果确定适用于有限元数值模拟的模型;其次,使用量纲分析方法简化等效靶变形的理论模型,建立靶板中心最终变形挠度与爆炸当量、爆炸距离的关系;进一步结合实验数据与数值模拟结果,得出通...     

诱爆销毁废旧炮(航)弹的爆破设计及组织实施

海南省某市收缴了199枚废旧未爆炮(航)弹,为了彻底清除隐患,公安机关组织实施了建省以来规模最大的废旧炮(航)弹(含药量相当于4000kg TNT)的销毁。根据这次被销毁的废旧弹的特点,选择了爆炸法。本文按工程爆破设计的思路,阐述了销毁场地和诱爆药的选择、爆破参数选取,以及此次销毁工作的施工组织及安全措施。本文总结的成功经验值得借鉴。     

诱爆销毁废旧炮(航)弹的爆破设计及组织实施

海南省某市收缴了199枚废旧未爆炮(航)弹,为了彻底清除隐患,公安机关组织实施了建省以来规模最大的废旧炮(航)弹(含药量相当于4000kg TNT)的销毁。根据这次被销毁的废旧弹的特点,选择了爆炸法。本文按工程爆破设计的思路,阐述了销毁场地和诱爆药的选择、爆破参数选取,以及此次销毁工作的施工组织及安全措施。本文总结的成功经验值得借鉴。     

带Z字形悬臂梁段拼接的装配式钢框架节点抗震性能试验研究

提出一种适用于装配式钢结构的带Z字形悬臂梁段拼接的梁柱节点。以滑移耗能的理念设计了基础试件,通过关键参数的变化得到六组试件。对六组试件进行了低周往复荷载作用下的试验研究,对节点的破坏模式和拼接区的滑移情况进行了分析,获得了节点的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、转动能力以及刚度退化等抗震性能。结果表明:带Z字形悬臂梁段拼接的梁柱节点属于半刚性连接节点,节点变形性能良好。节点能有效利用拼接区摩擦面滑移、螺栓和孔壁挤压以及板件屈服实现耗能。适当减少翼缘高强螺栓数目能有效提高节点延性性能和塑性转动能力。翼缘和腹板螺孔开大孔和使用三角形垂直加劲肋对节点的耗能能力和承载能力影响很小。     

船舶搁浅于台型礁石场景下双层底外底板骨材变形机理研究

以典型船舶双层底结构中外底板上的骨材为研究对象,运用塑性力学解析理论推导和数值仿真技术,研究外底板上骨材在船舶搁浅于台型礁石场景下的结构损伤机理。研究中应用仿真计算方法获得骨材结构变形模态和能量耗散结果,在研究变形模态基础上建立外底板骨材塑性变形发展过程的数学模型。运用塑性力学理论获得骨材结构变形能和平均变形阻力的解析计算公式,并应用数值仿真结果进行验证。研究得到的外底板骨材变形阻力和变形能解析计算公式,对船舶双层底耐撞性结构设计和耐撞性能评估都具有一定的指导意义。     

响水化工厂爆炸TNT当量估算

为了使人们更清楚地了解爆炸的危险性,需要对爆炸事件的TNT当量进行计算,以2019·响水化工厂爆炸事件为例,对该爆炸事件的TNT当量进行了估算。在分析此次爆炸原因的同时,对比分析了多种TNT当量的计算方法,确定此次爆炸事故以建筑物的破坏程度计算TNT当量。根据爆炸事故现场建筑物的破坏情况,先确定出在爆炸周边不同距离处空气冲击波的超压范围,再运用萨道夫斯基公式计算出不同距离处不同TNT当量炸药爆炸产生的空气冲击波超压,将计算值与确定出的空气冲击波超压范围值进行对比,最终确定出爆炸事故的TNT当量。估算此次爆炸事故的TNT当量在400～500 t。     

基于量纲分析的爆炸冲击波效应靶模型分析与实验研究

针对传统的冲击波压力电测法易受爆炸场寄生效应干扰问题,提出基于效应靶塑性变形的爆炸冲击波压力评定方法。由于效应靶理论模型复杂、参数较多,利用量纲分析方法简化模型获得爆炸冲击波压力作用的效应靶最大挠度与炸药TNT当量、炸高及炸距之关系,并建立冲击波压力作用的效应靶最大挠度计算模型;设计100 kg、60 kg、20 kg 三种标准TNT爆炸的立靶、平靶实验,用回归分析法获得二者经验模型系数。结果表明,立靶与平靶两种结构效应靶最大挠度实验结果与经验模型计算结果误差分别优于3.59%及3.33%。该研究可指导战斗部冲击波压力评估,进而减少爆炸实验量。     

利用含废弃丁羟推进剂制备的高能炸药?

利用丙烯酰胺氧化剂溶液及铝粉制备得到敏化剂,加入已配好的含能黏结剂中,对丁羟(HTPB)推进剂颗粒间隙进行填补,形成新型高能炸药。通过高速摄影试验观察爆轰过程,炸药空中、水下爆炸等试验测试其性能。结果表明:所制备的新型高能炸药性能良好,随着敏化剂含量的增加,炸药爆轰感度、冲击波超压及水下能量输出均有明显提高;炸药密度1.53 g/cm~3,爆速6 900 m/s;当比例距离为1.5~4.5 m/kg~(1/3)时,炸药的TNT当量系数分布于1左右;水下爆炸能量输出为4.5 k J/g,高于TNT,具有较高的能量和冲击作用。