海底爆炸圆柱体的冲击响应测量分析

为探讨在不同水深、海底底质、药量条件下的海底爆炸载荷所引起的冲击响应的变化规律,设计了2kg和6kg TNT球形装药在不同深度海域和不同海底底质条件下的海底爆炸试验,测量了不同距离和方位上圆柱体受到的冲击响应,包括压力时程曲线和三轴加速度时程曲线。结果表明:加速度曲线与压力曲线在时间上有一致的对应关系;时程曲线上滞后流出现时间随药量增大而延后;试验条件下,圆柱体加速度响应垂向最大,横向次之,纵向最小;圆柱体冲击响应主要来自于冲击波。     

受内部冲击弯管的破裂失效研究

受冲击管道的破裂失效研究对压力管道的设计和防护有着重要意义。考虑大变形及应变率对冲击处的影响,基于随动塑性Cowper-Symonds模型,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件结合自主开发的APDL语言建立了内部受半球头弹体横向冲击弯管的模型。分析了受冲击弯管的失效模式及破裂时位移、应变时程曲线,研究了不同厚径比和曲径比下弯管临界破裂动能的变化趋势。结果表明,临界破裂动能随厚径比和曲径比的增加而增加,且厚管破裂时间小于薄管。     

冲击荷载下级间螺栓法兰连接结构失效实验与数值仿真研究

基于火箭(导弹)级间螺栓法兰连接结构简化的原理性实验件,利用Abaqus有限元模型设计并进行了落锤冲击失效实验。实验采集了螺栓力时程响应数据、落锤冲击力和冲击速度、柱段关键点应力时程响应数据和连接界面开缝位移时程响应数据。实验结果表明,横向冲击荷载作用下连接结构螺栓组呈序列失效特点,螺栓分布面上半部分三个螺栓为初始承载失效螺栓,决定连接结构工作强度,实验数据与仿真模型数据对比表明仿真模型具有良好的计算精度。研究结果可为箭(弹)体连接结构抗冲击强度设计提供参考。     

地铁隧道掘进爆破对既有埋地管道的动力影响

为研究爆破载荷作用下临近埋地管道的安全性,利用ANSYS/LS-DYNA建立炸药、岩土体、埋地管道的管土耦合模型,对爆破荷载下埋地管道的动力响应进行研究.通过监测管道迎爆面-背爆面特定单元的应力和速度时程曲线,发现距管道两端1/4处的迎爆面存在应力集中现象,背爆面有局部应力放大效应,10～21 ms时管道轴向振动速度最...     

K8型单层球面网壳顶点竖向冲击下的冲击荷载特征及荷载简化模型

为简化网壳结构遭受冲击作用时复杂的接触分析过程,基于ANSYS/LS-DYNA建立了单层K8型球面网壳模型,并模拟其在不同冲击作用下的失效过程,辨别网壳的失效模式,并获取了冲击过程中的冲击力曲线。通过对网壳遭受竖向冲击荷载下的这些冲击力曲线特征进行分析,提出了简化的冲击荷载模型,并应用能量守恒定律和动量定理确定了模型相关参数。利用此冲击力模型对网壳结构在冲击荷载下的响应进行分析并与实体冲击物作用下的响应进行了对比,验证了该模型的准确性,应用该模型可以实现对网壳抗冲击性能的简单有效评估。     

基于分层法的土动力分析

研究了成层土的动力响应计算方法,推导了有关公式,并给出了移动荷载作用下的时程曲线.这一方法同样可用于分析冲击荷载所引起的场地土效应.     

穿越平移断层海底埋地管道屈曲失效分析EI北大核心CSCD

长输海底管道常不可避免地穿过地震断层,地震断层活动可能导致管道发生扭曲、皱折甚至断裂,极大威胁管道安全。采用创新性的向量式有限元方法 (VFIFE)分析穿越地震断层海底管道屈曲失效行为,首先推导考虑材料非线性的VFIFE空间壳单元计算公式,提出适用壳单元的非线性管土耦合模型,然后重点解决了海底管道屈曲及屈曲传播过程中存在的内壁自碰撞接触问题,编制了Fortran计算程序和相应后处理程序。通过文献对比证明了模型的正确性。开展了平移断层作用下空载状态海底管道屈曲失效过程模拟,分析了穿越角度、土体性质和水压大小对海底管道屈曲失效行为的影响,结果表明:海底管道径厚比小,用钢等级高,周围土体强度低,具有更高的抵抗断层位移载荷能力;较低外压和平移断层联合作用下,管道变形呈S形,屈曲失效由断层位移引起的过度弯曲主导,失效模式是第二个弯曲处或者两个弯曲处的受压侧出现明显内陷,截面变形呈椭圆形;穿越角度越小,屈曲失效的临界断层位移越小;周围土体强度越高(砂土>黏土>淤泥夹砂),管道弯曲变形越严重,屈曲失效的临界断层位移越小;较高外压和平移断层联合作用下,屈曲失效由外压主导,主要模式是第一个弯曲处或者第二个弯曲处首先出现压溃,然后发生屈曲传播现象;不同水压和平移断层位移组合下海底管道破坏程度不一,压溃位置、屈曲传播方向和范围、截面变形呈现不同模式。结果可用于指导穿越地震断层海底管道抗震设计和止屈防护研究。     

固简支钢管混凝土构件侧向冲击试验研究

对固简支钢管混凝土构件在侧向冲击下进行了耐撞性试验,实测了该构件在冲击荷载作用下的动力响应及破坏过程,得出了试件在冲击力作用下的时程曲线,同时对构件的破坏形态问题也做了分析。试验表明:钢管混凝土构件具有良好的抗冲击性,在构件受到突加荷载作用时,表现出了很好的延性。钢管混凝土受到侧向撞击时,材料有明显的屈服阶段。落锤的速度越高和质量越大,构件的动力响应越明显。这为进一步研究钢管混凝土结构提供了分析方法和依据。     

部分悬跨海底管道多点输入地震反应分析

对部分悬跨海底管道在空间变化地震动作用下的反应进行了分析.建立了含有悬跨段的长距离埋设海底管道多点输入计算模型,据此推导了多点输入运动方程,采用了一种改进的多点地震动模拟方法生成了空间相关多点地震动时程并对海底管道进行了3维多点输入地震反应时程分析.比较了海底管道在不同地震输入模型(多点输入、行波输入、一致输入)作用下的地震响应.同时进一步分析了地震动空间变化特性、模型计算长度、悬跨段长度、管道外径、钢管壁厚、混凝土配重层厚度以及海床坡度对海底管道多点输入反应的影响.分析结果显示地震动的空间变化特性能显著增大海底管道的地震反应,其他因素也在不同程度上对海底管道多点输入地震反应产生影响.     

冲击载荷作用下岩石材料模型实验验证

利用ANSYS/LS-DYNA有限元程序建立计算模型,模拟了岩石靶板在冲击载荷作用下的动态响应过程,给出了岩石靶板在不同冲击速度下其内部不同Lagrangian位置处的应力-时间响应曲线,数值模拟结果与实验结果吻合较好.通过对模拟结果和实验结果的对比分析可知,冲击载荷作用下纵向冲击压缩波和横向稀疏卸载波的双重作用是导致岩石靶板破坏的主要原因,这对进一步开展岩石材料动态力学性能研究提供了重要的指导.     

海床土体减缓坠物对海底管道撞击作用的研究

海底管道受坠物撞击的损伤分析中,海床土体是不宜忽略的因素。基于耦合欧拉-拉格朗日算法（CEL法）,该文建立了模拟坠物撞击海底管道过程中土体变形的有限元模型,并进行了物理模型试验,二者结果吻合较好。针对粘土海床,分析了海床柔性、海床土质、管道埋深、摩擦及坠物形状对海底管道损伤的影响。研究表明：对于裸置管道,海床柔性使一部分撞击能量转化为管道的整体变形,减轻管道局部损伤;对于埋置管道,基于软件的二次开发,考虑了正常固结粘土及均质粘土两种情况,二者的安全埋深相差较大。综合考虑上述土质的影响,2 m的埋深可提供有效的保护;埋深超过1 m时,坠物与土体间的摩擦系数对管道损伤的影响更加明显;形状尖锐的坠物受到土体的阻力较小,对管道造成的损伤程度较大。不同形状的坠物撞击管道时,管道的变形特征存在差异。研究结果对管道的风险评估及安全埋深设计具有指导意义。     

The analysis of damage degree of oil and gas pipeline with type II plain dent

Dent is a common type of defect in oil and gas pipelines and the assessment on dented pipelines is carried out with major international standards and specifications based on dent depth as the evaluation criteria. However, such evaluation criteria based on depth does not account for the impact of various parameters (e.g. parameters of dent, parameters of pipeline and the internal pressure of pipeline) on the evaluation result, as a result, many dented pipelines lose their efficacy, even though they meet the depth-based standards. The influence of parameters changes on the damage degree of II-type dented pipelines is investigated on the basis of Oyane's ductile fracture criterion and by the method adopting finite element numerical calculations. Finally, the non-linear regression analysis is conducted and based on the outputs, a specific expression of dent depth and pipeline damage degree is also acquired within a certain scope of application.     

冲击荷载作用下单层网壳结构动力稳定性研究

针对冲击荷载不同于地震作用,而常规动力稳定性判定准则不适用问题,阐述求解冲击问题的基本理论及冲击荷载取值;据冲击荷载特性提出适合冲击碰撞问题的单层网壳结构动力稳定性判定准则;选K6型单层网壳结构模型,利用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行结构冲击作用下动力稳定性分析,通过大量算例,分析其在不同冲击物质量比及速度作用下全过程动力响应,结合动力响应模式获得冲击荷载作用下单层网壳动力失稳的临界能量区域,并从矢跨比、跨度、杆件截面三方面对结构进行参数分析。结果表明,基于网壳动力响应模式与冲击能量相结合方法对单层网壳进行动力稳定性判定合理;结构刚度越小,冲击作用下动力稳定性越差;加大主肋利于提高结构动力稳定性。     

海底悬跨管道动力响应的试验研究和数值模拟

在地震活动区铺设海底管道必须考虑地震荷载的作用.通过在水下振动台模拟海底悬跨管道完成的动力模型试验,根据试验结果分析了管道的悬跨长度、悬跨高度、支撑情况和管内运输不同物质等因素对海底悬跨管道的动力反应的影响.并根据Morison方程建立的海底悬跨管道动力控制方程对试验结果进行了有限元数值模拟,计算结果与试验结果符合得较好.     

海底跨断层输气管道动力特性数值模拟与分析

为丰富对活动断层作用下海底管道的受力特性认识,考虑管土材料非线性与几何非线性特征,采用通用有限元软件ABAQUS严格模拟管土之间的相互作用;按照应变控制准则,结合管道屈曲破坏、极限拉伸破裂等的破坏形式,系统分析了海底走滑断层作用下管道在不同设计参数情况下的位移、应力应变分布情况,得到了不同条件下管道发生破坏时的极限断层位移。最后基于分析结果提出了适用于海底管线设计和运营的一些建议。     

海底管道受坠物撞击的三维仿真研究

采用三维非线性有限元法模拟海底管道受到船锚或其他坠落物体的冲击碰撞过程,并采用Newmark法和N-R迭代法相结合求解了撞击动力学方程,分析了物体形状、碰撞角度、物体与管道间摩擦、混凝土厚度及管道内压对管道碰撞的影响.结果表明相同撞击条件下,立方体和球体对管道的撞击产生的最大Mises应力要比圆锥体大的多,随着圆锥角角度的增加管道的最大Mises应力是增加的;碰撞角度为90°时对管道的影响最大;摩擦对管道撞击影响较小;管道最大Mises应力随着混凝土层厚度的增加而减小,但随混凝土厚度的增加,减小的幅度越来越小;内压的存在使管道等效应力增加,但能减小管壁上的局部变形,使得冲击能量更多被用来产生整体变形.     

确定轴向冲击下薄壁圆柱壳第二临界速度的新方法

研究薄壁圆柱壳的动态屈曲模式，有助于构造具有高吸能率的抗冲击结构。根据轴向冲击下的薄壁圆柱壳存在使其屈曲模式由轴对称转换为非轴对称的第二临界速度，且当冲击速度大于第二临界速度时薄壁圆柱壳的屈曲模式先呈现轴对称形式，然后随着冲击响应时间逐渐由轴对称形式转化为非轴对称形式这一理论，基于有限元仿真，比较撞击系统动能的时间历程和屈曲变形的时间历程，提出了用以确定第二临界速度的能量迭代法。应用此方法设计薄壁圆柱壳的动力屈曲结构可有效地减少试验次数，降低实验成本。该方法的可行性和正确性利用落锤实验得到了验证。     

Failure analysis of directional crossing pipeline and design of a protective device

Failure analysis of crossing pipelines in the operation process after the completion of construction was investigated. Dent and collapse are the common failure modes of crossing pipelines in bad geological strata. The deformation processes of dent behaviour and collapse behaviour of crossing pipelines were simulated. The results show that high stress distribution extends along the axial and circumferential directions under the boulder load, and the maximum equivalent plastic strain appears at the centre of the dent. The collapse process of the crossing pipeline can be divided into six phases. The cross-section changes from an oval shape to a “gourd” shape and then to an “8” shape as the external load increases. Before buckling appears, the decrease in the cross-section area of the crossing pipeline is small. However, the cross-section area increases as the surrounding soil pressure increases after buckling appears. When the cross-section shape reaches the “8”, the decrease in the cross-section area reaches a maximum value of 88.1%. To reduce the failure probability and improve the service life of the crossing pipeline, a protective device was designed for preventing damage. For the protective device, the dent rate of the protective pipeline decreases as the annulus pressure increases under the action of boulders. However, the dent rate of the crossing pipeline increases as the annulus pressure increases. Under the same stratum movement, the deformation of the crossing pipeline with the protective device is smaller than without the protective device. Therefore, the protective device can effectively protect the crossing pipeline and prevent a collapse accident. The protective device can be effectively used on any parts of the crossing pipeline in different locations due to its simple structure and convenient installation in bad geological strata.     

船舶中压交流真空断路器结构抗冲击性能研究EI北大核心CSCD

船舶机电设备的抗冲击性能是考核设备战时生命力的重要指标。该研究采用冲击试验机试验和数值仿真方法研究了船舶中压交流真空断路器的抗冲击性能。研究结果表明:原样机在冲击试验后出现了由于结构变形引起的技术特性参数变化(断路器一相超程过小);样机模型的应力危险区域主要存在于底板和支撑底座,对该部分结构采用数值仿真方法(频域载荷)改进模型,改进后模型满足抗冲击性能要求;时域载荷作用下断路器模型的瞬态响应特性呈现为垂向响应较为剧烈,横向、纵向较为缓和,且在0.015 s内响应最为剧烈,于0.15 s趋于稳定;两种载荷作用下的模型响应结果较为接近,其中频域载荷应力值统计结果整体略大于时域载荷,选用频域载荷仿真计算更为保守。     

Failure pressure of medium and high strength pipelines with scratched dent defects

It is very important in engineering design and integrity assessment of pipeline to accurately predict its failure pressure, especially for the pipeline with mechanical damages. This paper numerically investigates the failure pressure of medium and high strength pipelines with scratched dent which is on the outer surface of the pipe. Pipe materials of two different grades are chosen in the analysis which represent medium and high strength steel, respectively. Failure pressure of an intact pipeline with fixed ends is derived analytically. On the basis of the maximum plastic strain failure criterion put forward by previous scholars, failure pressure of finite element models containing dent and scratch defects is determined. Parametric studies are carried out to obtain the influencing rule of the dimensions of dent and scratch. The effects of scratch length and depth on failure pressure with various dent depths are obtained. Finally, a formula is fitted for predicting the failure pressure of pipelines with scratched dents on the basis of finite element results. Compared to burst test data from literature, the proposed formula is proved to be reasonable.