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。     

爆炸荷载作用下钢板与钢筋混凝土组合梁动力响应分析

本文应用分层Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁的非线性动力有限元法，研究化爆和核爆荷载作用下钢板与钢筋混凝土组合梁动力响应问题，探讨其动力响应特性以及钢板设置方式对钢筋混凝土梁动力响应的影响。     

地基上下震动时高桥墩的动力屈曲

考虑大变形的影响,建立高桥墩在地震波冲击下引起的地基上下震动时的非线性动力学基本方程式;通过位移形函数假设,采用伽辽金积分方法得到了时间变率的动力学控制方程;对时间变率的非线性微分方程进行数值求解,给出了同一地震波不同强度下高桥墩的位移响应曲线以及从产生横向振动到失稳的全过程;得到了地震波冲击时高桥墩失稳的临界地震加速度和失稳时刻。通过数值算例比较了地震波幅值、高桥墩柔度以及桥面质量大小对位移幅值响应曲线、临界地震加速度和失稳时刻的影响。     

混凝土大坝在水下爆炸作用下的动力响应分析

为了研究混凝土大坝在水下爆炸冲击荷载作用下的应力分布和动力响应,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立大坝结构爆炸数值分析模型,包括炸药、水介质、空气介质、坝体混凝土、岩石五个部分。选取底宽60 m、高85 m的大坝作为研究对象,考虑爆炸荷载作用下混凝土大变形和高应变的影响,采用HJC(Holmquist-Johnson-Cook)本构模型模拟坝体混凝土的损伤破坏和塑性变形,研究了不考虑重力和考虑重力的两种模型条件下可能的破坏模式和破坏机理。数值模拟得到爆炸后大坝的应力分布,进而选取4个典型位置点研究其位移时程和压强时程。研究表明：爆炸初始产生的缺口是冲击波扩散的起点,冲击波会发生多次反射,爆炸初始时最大应力可超过50 MPa,之后在10～30 MPa之间震荡。各个典型位置均在第1次反射时达到最大峰值压力,可将第1个反射压力作为弧面板的爆炸冲击荷载;最大von Mises应力出现在爆源附近的缺口以及坝坡转角等易发生应力集中处;典型位置的位移与距离炸药位置呈负相关;重力产生的位移和压力对爆炸响应起抵抗作用,但最大von Mises应力无显著区别。     

燃爆作用下板的动力响应分析

随着城镇燃气的普及,燃气事故也愈加频繁,对结构也造成了一定的破坏,因此确定燃气爆炸荷载的取值是非常必要的。由于燃气作用主要表现为压力波,其升压时间在１００毫秒量级左右,而构件的自振周期在１０毫秒量极。本文通过构件弹性响应的推导,认为最大的动力响应发生在压力波的峰值附近,其大小介于静载和突加荷载之间,最后给出了计算的公式。     

近场爆炸时斜拉索抗爆性能分析

为研究爆炸荷载作用下斜拉桥斜拉索的动力响应,基于爆炸基本理论,开展近爆作用下斜拉索的抗爆性能分析,对斜拉索应力和损伤进行分析,进一步就不同比例距离展开参数化分析。研究结果表明:近场爆炸荷载下,斜拉索不会出现断裂,其破坏形式表现为应力超过屈服应力带来的失效;斜拉索最薄弱的位置是索梁锚固区,该区域斜拉索的应力由于爆炸冲击波的反射大于靠近爆点的斜拉索;给出了保持斜拉索不失效的安全比例距离为0.287 m/kg^1/3,可认为大于该临界比例距离时,斜拉索不会发生失效。     

水下近场爆炸冲击波与射流载荷联合作用分析方法

针对舰船水下近场爆炸,提出综合考虑冲击波载荷与射流载荷的分析方法。对水下近场爆炸气泡脉动过程进行数值模拟,建立射流冲击计算模型,进而简化射流载荷,在冲击波阶段流固耦合模拟结束后自动添加射流载荷,形成完整水下近场爆炸过程的计算流程。建立舷侧板架结构有限元模型,采用MSC.Dytran软件进行流固耦合数值模拟验证方法的可行性。该方法综合考虑冲击波与射流载荷对结构作用,能较真实模拟水下近场爆炸过程,具有一定工程意义及参考价值。     

冲击荷载下两端简支高桥墩的动力屈曲

考虑剪切变形和大位移的影响,建立高桥墩在冲击荷载作用下的非线性动力学基本方程式;通过位移形函数假设,采用伽辽金积分方法得到了时间变率的动力学控制方程;利用四阶Runge-Kutta法进行数值求解,得到冲击荷载作用下高桥墩的临界荷载、位移响应曲线以及各种荷载和几何参数对临界荷载的影响规律。通过数值算例比较了三角形冲击荷载和矩形冲击荷载作用下的荷载-位移幅值响应曲线;给出了矩形冲击荷载作用下,不同峰值的位移响应曲线、临界荷载随高桥墩柔度的变化曲线、不同冲击持续时间对临界荷载的影响。     

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。     

爆炸冲击作用下连续梁桥动力响应和影响因素研究

运用数值模拟的方法建立爆炸冲击作用下的钢筋混凝土连续梁桥模型,通过改变爆炸作用点位置、爆炸作用比例距离等因素,研究连续梁桥在爆炸冲击荷载作用下的动力响应和敏感性影响因素。结果表明:连续梁桥中跨跨中是其桥面抗爆性能最为薄弱的位置,在抗爆设防中应着重考虑;当装药量相同时,桥梁的破坏程度与比例距离成反比关系;连续箱型桥梁内部爆炸时,对桥梁造成的破坏最为严重,同等条件下下方爆炸时,桥梁破坏程度最小。本研究为桥梁抗爆设计及损伤评估提供理论依据。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁非线性有限元分析

利用大型通用有限无软件ANSYS对钢筋混凝土梁在爆炸荷载作用下的动力响应进行数值模拟 ,其中混凝土采用ANSYS软件中特有的SOLID65单元类型和专门的材料模型CONCRETE ,钢筋采用LINK8杆单元和随动硬化双线性弹塑性 (KinematicHardeningBilinearPlasticity)模型来实现 ,并与Suidan和Schnobrich[1] 的方法进行比较 ,计算结果与Suidan和Schnobrich预示的响应十分吻合。     

Experimental Study of Concrete Subjected to Explosive Loading

The main subject of this paper is to demonstrate the response of structural concrete to different imposed strain rates. Attention is focused on the strain rate about 10^-2 s ^-1>, where some technical difficulties are experienced when an exact determination of mechanical properties for quasi-brittle materials is attempted. The design of a measurement system, which realizes computer acquisition, analysis, and graphic representation of data, is also presented.     

爆炸载荷下建筑物动态响应的数值分析

为了研究建筑物在爆炸载荷下的动态响应,采用有限元的方法对近距离爆炸对建筑物的破坏效应进行了数值模拟研究。建立了一个七层七跨的钢筋混凝土(带门窗)结构建筑模型,对800 kg TNT炸药在正面及侧面不同距离处爆炸时建筑物的响应特性进行研究,得出了每种工况下建筑物不同位置处压力、速度、加速度及位移随时间变化曲线。为建筑物在外爆炸作用下的破坏效应评估提供了重要的参考。     

Constraint Loss under Dynamic Loading in Rate Independent Plastic Solids

The objectives of this paper are to examine the loss of crack tip constraint in dynamically loaded fracture specimens and to assess whether it can lead to enhancement in the fracture toughness at high loading rates which has been observed in several experimental studies. To this end, 2-D plane strain finite element analyses of single edge notched (tension) specimen and three point bend specimen subjected to time varying loads are performed. The material is assumed to obey the small strain J ₂ flow theory of plasticity with rate independent behaviour. The results demonstrate that a valid J–Q field exists under dynamic loading irrespective of the crack length and specimen geometry. Further, the constraint parameter Q becomes strongly negative at high loading rates, particularly in deeply cracked specimens. The variation of dynamic fracture toughness K _dc with stress intensity rate K for cleavage cracking is predicted using a simple critical stress criterion. It is found that inertia-driven constraint loss can substantially enhance K _dc for .     

聚丙烯纤维混凝土接触爆炸破坏效应的试验和数值分析

为研究聚丙烯纤维混凝土在接触爆炸条件下的破坏形态,进行有限厚度钢筋混凝土板和聚丙烯纤维混凝土板的接触爆炸试验.采用LS-DYNA中LOAD-BLAST方法,对聚丙烯纤维混凝土的动态破坏过程进行数值模拟,分析和对比聚丙烯纤维混凝土和钢筋混凝土接触爆炸条件下破坏效应的异同,确定出聚丙烯纤维混凝土的抗爆性能系数.研究表明,LOAD-BLAST方法简单高效,数值模拟和现场试验非常吻合,聚丙烯纤维混凝土抗接触爆炸性能良好.     

应力波效应对爆炸作用下RC桥损伤特性的影响

为了研究RC桥梁抗爆性能,分析了应力波传播的基本原理,采用AUTODYN软件建立了有限元计算模型,验证了计算方法的有效性,对空中爆炸作用下方形空心RC桥动态响应进行数值仿真,分析了方形截面RC桥应力波的传递路径和不同位置的损伤特点.得到以下结论:爆炸作用下RC桥损伤特性受应力波效应影响明显,且主要为自由面反射引起的拉应力;梁体上缘下表面损伤最为严重,须重点防护;梁体两缘上部形成“耳状”损伤;梁体下缘上表面中部出现明显损伤.     

Effect of Loading Rate on Fracture Energy of High‐Strength Concrete

Abstract: This research deals with the sensitivity of several types of performance‐designed high‐strength concrete to the loading rate. Variations in the composition of the concrete produce the desired performance, for instance having null shrinkage or being able to be pumped at elevated heights without segregation, but they also produce variations in the fracture properties that are reported in this paper. We performed tests at five loading rates spanning six orders of magnitude in the displacement rate, from 1.74 × 10^?5 mm s^?1 to 17.4 mm s^?1. Load‐displacement curves show that their peak is higher as the displacement rate increases, whereas the corresponding displacement is almost constant. Fracture energy also increases, but only for loading rates higher than 0.01 mm s^?1. We use a formula based on a cohesive law with a viscous term [Anales de Mecánica de la Fractura 25 (2008) 793–797] to study the results. The correlation of the formula to the experimental results is good and it allows us to obtain the theoretical value for the fracture energy under strictly static conditions. In addition, both the fracture energy and the characteristic length of the concretes used in the study diminish as the compressive strength of their aggregates increases.     

爆炸荷载作用下礁沙地基钢塔架结构动力响应试验探究

爆炸荷载作用下礁砂地基钢塔架结构动力响应的研究,对我国的国防和岛礁工程建设具有重要的参考和现实意义.通过模型试验对不同礁砂地基类型、药量、爆心距等工况下钢塔架结构加速度动力响应信号进行测试,结合量纲分析与π定理,得到钢塔架结构模型的加速度动力响应计算公式,并利用试验所采集的数据对计算公式进行参数拟合,得出了在礁沙地基下...     

爆破荷载作用下岩石边坡动态响应的FLAC3D模拟研究

已有的岩石边坡爆破动力响应分析多用有限单元法.作者尝试运用FLAC3D的动力分析模块进行岩石边坡爆破动力响应分析.建立了能够反映主要地质构造的三维岩石边坡数值模型.介绍了三维有限差分程序FLAC3D动力分析的理论基础,包括边界条件的设定、动力荷载的输入、阻尼的选取以及岩体本构模型的选择.采用FLAC3D模拟了该岩石边坡在爆破荷载作用下的动态响应.分析了爆破结束后边坡体内位移场、应力场、速度场以及塑性区的分布情况,并与爆破前进行对比.将计算结果与实测数据进行了比较,结果表明FLAC3D用于爆破荷载作用下岩石边坡动态响应的数值模拟是可行的.