基于LS-DYNA的方孔网格型防爆网防爆性能研究

基于有限元程序LS-DYNA,在验证模型及参数可靠的基础上,对方孔网格型防爆网的防爆性能进行了三维数值模拟。通过计算冲击波超压减小率在防护面上的均值和方差,解决了防爆网防爆性能的量化标准问题。结果表明:防爆网可以有效减小爆炸对建筑的冲击,防爆效果与其和建筑之间的距离以及防爆网孔洞率、孔洞尺寸、厚度有关;适当增加防爆网与建筑之间的距离,可以获得良好的防爆效果;减小孔洞率或保持孔洞率不变的情况下减小孔洞尺寸,也可以提高防爆网的防爆性能;增加防爆网厚度可以有效减小爆炸对建筑的冲击作用,但也会使防爆的均匀性变差,因此通过增加防爆网厚度来提高其防爆性能时应兼顾考虑此两方面的问题。     

爆炸荷载下大空间结构的冲击波压力场分布及泄爆措施研究

应用LS-DYNA有限元程序建立了模拟大空间结构室内爆炸的计算模型,并对大空间结构在爆炸荷载作用下的冲击波压力场进行了数值模拟计算。通过提取结构表面有限测点的冲击波超压并将其POD分解,解决了爆炸荷载的时空差异性问题,得到了大空间结构的爆炸冲击波压力场分布。研究了全封闭大空间结构和屋顶开洞结构的爆炸冲击波压力场分布规律,结果表明:柱壳和拱形屋顶等全封闭大空间结构在爆炸荷载作用下易于产生顶盖冲击波压力场积聚;合适的孔洞布置可有效泄爆;孔洞率相同的情况下,减小孔洞间阻挡材料的宽度可有效减小爆炸对结构的冲击作用。提出了大空间结构的防爆和泄爆措施。     

从微孔洞起始的热冲击裂纹的数值研究——Ⅱ:能量释放率分析

利用商业的有限元软件ABAQUS,分析了具有微孔洞结构氧化铝陶瓷材料在受到热冲击作用下,从处于材料表面上的开口微孔洞以及临近材料表面的闭口微孔洞的底部起始的裂纹扩展。结果表明:对于从开口微孔洞和闭口微孔洞底部起始的裂纹,其能量释放率随冷却时间的变化规律类似,即随冷却时间t由零开始增加,能量释放率也由零开始快速增大,在冷却时间大约为t=0.1 s时,达到其最大值,随后开始降低。另外对于从开口微孔洞底部起始的裂纹,结果发现裂纹的能量释放率随裂纹长度的增加、微孔洞半径的增加而增加,而对于从闭口微孔洞底部起始的裂纹,其能量释放率随裂纹长度的增加、微孔洞半径的增加、以及微孔洞与材料受热冲击面距离的增加而增加。以开口微孔洞底部起始的裂纹为例,研究了裂纹与临近微孔洞之间的作用,发现临近微孔洞的存在可以明显减小裂纹的能量释放率。这些结果对于从材料的微结构角度设计材料的抗热冲击性能有参考价值。     

高能气体冲击载荷作用下高压容器仓排放孔膜片损伤模式及机理研究

针对高压容器仓内高能爆炸气体对排放口膜片结构毁伤模式无法准确有效预估,常出现提前破膜和不破模危险情况,进而对含预制损伤孔洞Q235钢结构膜片在爆炸冲击载荷作用下的宏细观损伤特性进行研究。基于高压爆炸装置,对含预制损伤孔洞Q235钢结构膜片抗爆毁伤效应进行一系列试验研究,结合试验研究结果,探索七孔枪药爆炸冲击载荷能量释放行为与相关参量之间的量化关系,进而为膜片毁伤机理研究提供理论依据,并建立膜片损伤孔洞尺寸与爆炸冲击载荷峰值压力之间的联系规律,最后,基于J-C模型的动态本构关系及失效准则对膜片破坏模式进行数值模拟研究。结果表明,随着爆炸冲击载荷压力地不断增大,含预制孔洞损伤膜片主要呈现均匀性损伤孔洞、边缘性应力集中撕裂、以及剪切冲塞等宏观损伤模式;建立的能量释放关系、以及含预制损伤膜片损伤孔洞尺寸与爆炸峰值压力之间地内在关联为多尺度损伤机理研究提供了量化依据;数值模拟中的膜片破坏形态及损伤孔洞尺寸与试验结果基本吻合,该数值模拟研究可为多尺度试验研究提供借鉴。     

水下爆炸冲击波作用下屏蔽装药的冲击引爆理论和仿真研究

针对水下爆炸冲击波对屏蔽装药的冲击引爆问题展开研究。从理论上建立了水下爆炸冲击波对屏蔽装药的冲击压力计算方法,结合炸药起爆判据,可确定炸药冲击引爆的临界条件;采用AUTODYN仿真软件,对水下爆炸冲击波冲击引爆屏蔽装药的过程进行了数值模拟;分析了主发药量和屏蔽板厚度对炸药临界起爆的影响;采用最小二乘法得到了临界理论起爆判据的参数n、K,与文献中的起爆判据进行对比,在一定范围内符合较好。结果表明:理论计算与数值模拟误差不超过6.75%,说明所建立的理论计算方法是有效的;相同条件下,随着主发药量的增加和屏蔽挡板厚度的减小,水下爆炸冲击波对屏蔽装药的临界起爆距离随之降低。     

钢板-泡沫铝-钢板新型复合结构降低爆炸冲击波性能研究

泡沫铝材料具有减振和吸收冲击能量的特点,但是单一的泡沫铝材料强度较低.为降低爆炸冲击荷载对框架底层柱的破坏,在两层钢板中间添加一层泡沫铝材料以构成多层复合抗爆结构,从而实现防爆和衰减冲击波的功能.当爆炸冲击波作用到复合结构时,泡沫铝产生塑性变形被压实,由于泡沫铝冲击波阻抗比较低,能够大大地削弱应力波的强度.在这个过程中,空气冲击波能量被减小,和单层材料相比,防爆能力得到提高.在研究过程中,主要进行了理论研究和LS-DYNA有限元动力分析,计算结果表明钢板-泡沫铝-钢板复合结构具有较好的吸能减振效果,可以运用到地面军事工程结构防爆设计中去,以提高地面军事建筑的战时生存能力.     

TRIP钢的动态拉伸变形行为研究

在气动式间接杆杆型冲击拉伸试验机上对二种TRIP钢的拉伸性能随应变率的变化进行了研究,对强度随应变率的变化以及断口形貌和孔洞与变形的关系进行了分析.研究结果表明:TRIP钢在所研究的应变率范围对应变率是敏感的,屈服强度和抗拉强度随应变率增加明显提高.SEM分析发现,TRIP钢断口体现为典型的延性断裂特征,而且残余奥氏体的变形诱发相变对孔洞形成位置的影响使得其具有较好的延性.     

用于中子屏蔽的碳化硼/超高分子量聚乙烯复合材料研究

采用热压成型工艺,制备用于中子屏蔽的碳化硼/超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料,研究了热压温度、硅烷偶联剂添加量、碳化硼含量对材料的冲击强度、弯曲强度等性能的影响,通过FTIR,SEM及能谱分析偶联剂添加效果.同时研究了碳化硼含量对材料中子屏蔽效率的影响.结果表明,当成型温度小于200℃时,温度的提高对材料力学性能有提高作用;KH570硅烷偶联剂对碳化硼有较好的偶联作用,适当添加KH570增强了碳化硼与UHMWPE之间的结合力,当添加量超过3％(质量分数,下同)后,偶联剂在碳化硼表面形成多余吸附层,减弱了基体与颗粒之间的结合力,降低了冲击强度;碳化硼含量提高,颗粒的团聚增加,大颗粒在基体中形成缺陷,导致材料脆性增加,降低了材料冲击强度;中子衰减系数随碳化硼含量增加而提高,随样品厚度的增加而减小;样品厚度较薄时,材料主要吸收热中子,当样品厚度增加时,快中子在材料内部发生多次碰撞,能量降低后也被吸收掉.     

不锈钢/钢复合管水压爆炸焊接制造的数值模拟

为研究水压爆炸焊接法制造不锈钢/钢复合管的焊接效果及炸药与复合管之间水层厚度对焊接的影响,对传统内爆法制备双金属复合管的工艺安装进行了优化,并利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立了不锈钢/钢复合管水压爆炸焊接制造的二维有限元模型,对其焊接过程及变形情况进行了数值模拟研究.在模拟过程中得到复管与基管碰撞结合面节点的速度曲线和结合界面的压力曲线.结果表明:炸药与复管之间水层厚为1.5 cm时,模拟焊接过程中得到复管的最大飞行速度约453 m/s,基复管结合界面的压力约9.46 GPa,均满足爆炸焊接窗口理论计算值的下限要求,可以实现焊接;复管的最大飞行速度随水层厚度增加而减小,复管与基管有效焊接时间随水层厚度增加而增加;炸药与复管之间增加水层能有效地防止基、复管的大变形.水压爆炸焊接法为薄厚度、变形差等特殊材质双金属管的制造提供了一个重要的借鉴与参考.     

新型护栏型结构防爆墙设计与数值模拟

传统防爆墙主要依靠结构强度、延性和能量吸收来抵抗爆炸荷载,在设计时一般都体积庞大,不但增加建造成本,也不适合在城市地区应用,而且其抵抗重复爆炸荷载的能力较低。为了节省材料和建造成本,也为了更好的在城市地区应用,基于波的传播和干涉理论开发一种新型的防爆墙。通过在重要防爆区域放置护栏型结构柱,引起产生于相邻柱爆炸波的反射和折射以及反射和折射的相互作用,进而消减部分波能。运用AUTODYN-2D对护栏柱几何形状,间距,尺寸在减弱爆炸荷载的有效性方面进行了数值模拟。结果表明:新型护栏结构防爆墙可以有效地减少柱后的爆炸荷载,并且提出圆形和等腰之间三角形两种最有效的护栏柱配置方式。     

高层建筑结构扭转振动效应控制研究

《高层建筑混凝土结构技术规程》限制高层建筑结构扭转不规则性的规定存在问题,控制扭转振动的措施需进一步讨论。规程为避免严重扭转不规则结构的出现,除对位移比进行限制外,还限制了扭转为主第一周期与平动为主的第一周期的比值,即高层结构设计应满足平扭耦联周期比的要求。通过改变结构的偏心率、扭转刚度和侧向刚度等因素,并分析耦联周期比和非耦联周期比的差别,发现规程在某些情况下并不能保证对扭转振动效应的控制效果。因此用耦联周期比限制结构扭转不规则性的措施不尽合理,设计中可采用平动变形能和扭转变形能的比值代替耦联周期比作为控制扭转振动的指标。     

半主动控制下巨-子型有控结构的风振控制参数特性研究

对巨-子型有控结构在顺风向随机风载激励下的半主动控制响应特性进行了时程分析研究,讨论了在半主动控制下主子结构相对刚度比、相对质量比和附加柱刚度比参数的变化对结构响应的控制效果的影响.研究表明该新型结构采用半主动控制后能获得很好的控制效果,子结构的刚度和质量、附加柱刚度改变对结构的响应非常敏感,选取不同的参数会得到不同的控制效果,给出了合适的参数选取范围.     

武器间接命中条件下FRP约束混凝土抗多次打击能力

在3种约束比下FRP约束混凝土圆柱体试件准静载和快速加载试验的基础上,进行多次打击试验及多次打击后的准静载试验 。结果表明:FRP约束混凝土是一种抗多次打击能力较好的抗压复合材料,经每次打击后的刚度虽逐渐衰减,但有收敛趋势,其残余刚度随约束比ξ及最大应力比η的增加而减小。经受多次打击后的FRP约束混凝土与未经受多次打击的试件相比,其准静载下的初始弹性模量降低,强度基本不变,极限应变提高,其中弱约束混凝土延性提高得尤其显著,强约束混凝土应力-应变曲线中线性强化段的斜率随刚度衰减程度的增加而增加,最终FRP强约束混凝土有变成线弹性材料的趋势,为进一步研究FRP约束混凝土在防护结构中的应用提供条件。      

丙烯腈与N-乙烯基吡咯烷酮共聚体系对单体竞聚率的影响

利用Kelen—Tudos方法测算丙烯腈(AN)与N—乙烯基吡咯烷酮(NVP)自由基共聚合单体竞聚率，研究了不同反应体系对单体竞聚率的影响。结果发现：在水相悬浮聚合体系中，转化率小于18％时，两单体的竞聚率同DMS0均相溶液聚合结果相近；转化率较大时，同容液聚合结果偏差较大。H2O／DMS0混合溶剂悬浮聚合时，当水含量超过60％(质量比)后，单体竞聚率向水相悬浮聚合结果靠近。溶剂的极性增大，rAN与rNVP值均减小。随反应温度升高，共聚反应向理想共聚方向进行。     

钢筋混凝土悬臂梁剪切破坏及尺寸效应律研究

相比于混凝土材料,钢筋混凝土构件的破坏模式与机制更为复杂,采用混凝土材料层次的尺寸效应理论难以描述钢筋混凝土构件破坏的尺寸效应行为。为研究钢筋混凝土悬臂梁剪切破坏的尺寸效应行为,从细观角度出发,建立了钢筋混凝土悬臂梁三维细观尺度数值分析模型。结合现有试验数据,验证了细观模拟方法的可行性与合理性,进而拓展模拟与分析了剪跨比及配箍率对钢筋混凝土悬臂梁剪切破坏尺寸效应行为的影响规律,发现:剪跨比对悬臂梁抗剪承载力有较大影响,对尺寸效应的影响很小;配箍率的增大提高了悬臂梁抗剪承载力,同时削弱了梁的抗剪强度尺寸效应。根据剪跨比及配箍率对悬臂梁抗剪强度的影响机制与规律,基于Bažant材料层次尺寸效应律,建立了钢筋混凝土悬臂梁抗剪强度尺寸效应理论公式。对比模拟结果及试验数据,验证了所提尺寸效应理论公式的准确性与合理性。     

多高层建筑顶部塔楼的水平地震作用研究

研究了多、高层建筑顶部塔楼的水平地震作用,当采用底部剪力法简化计算时,对塔楼地震作用增大系数βn作了理论和计算分析,指出了βn的控制因素为主体结构基本周期T1、塔楼与主体的周期比Tn/T1和重力荷载比Gn/G,并对现行高层混凝土规范中的βn作了改进。分析中采用基于有限元理论的振型分解反应谱法建模计算,共计算了258种工况,根据这些结果给出了简化法中的修正系数βn值及实用表格,可供工程设计使用。     

阻尼比对延性需求谱的影响

阻尼比取值差异必然对结构响应计算结果产生影响.该文在PEER强震记录库中选择了434条水平向地震记录,并将其按我国现行抗震设计规范进行场地类别和设计地震分组的划分,对阻尼比为0.02、0.04、0.06、0.08、0.10的单自由度结构体系,进行弹塑性时程分析,得到了在不同阻尼比取值时,考虑不同场地类别和设计地震分组的...     

偏氯乙烯共聚物颗粒发泡能力的影响因素

以1-氟-1,1-二氯乙烷(HCFC-141b)作发泡剂,研究了偏氯乙烯(VDC)共聚物颗粒的发泡能力、中空颗粒的泡孔结构及发泡倍率。实验发现,VDC-甲基丙烯酸甲酯(MMA)共聚物的发泡能力较强,而VDC-丙烯腈(AN)共聚物颗粒很难发泡,当引入第三单元苯乙烯(St)后可改善其发泡性能。VDC—AN—St共聚物颗粒的发泡倍率随着发泡剂浓度的增加或发泡温度的提高而先增加后减小,气泡将随着发泡温度的提高而最终全部破裂塌陷。由破泡和扩散造成的发泡剂损失对VDC共聚物颗粒发泡能力的影响已不能忽略。     

光面爆破合理炮孔密集系数的研究

通过分析光面爆破机理，从最优成缝的原则和最优破碎块度两方面分析了光爆中最优炮孔密集系数的取值。计算结果表明，岩石的最优炮孔密集系数为０．９５～１．２０，合理范围在０．７～１．３之间，这与模型试验和工业试验的结果相吻合。文中有关公式和数据可供施工中参考。