混凝土/聚氨酯泡沫铝板复合夹层结构抗冲击性能研究

为研究聚氨酯泡沫铝板作为混凝土吸能层时对冲击破坏的保护效果,利用落锤冲击试验机对复合夹层结构进行冲击试验。试验结果表明,在相同冲击荷载作用下,当吸能层厚度成倍增加时,顶层混凝土板破坏程度无明显减弱,底层混凝土板受保护效果显著,其中最大峰值荷载相对持平,零点持续时间和回弹位移都随之增加。当吸能层总厚度不变,由单夹层结构变为双夹层结构时,顶层混凝土板破坏程度减弱,底层混凝土板变化不大,最大荷载力值减少43%,压缩深度减少一半,锤头剩余能量明显增多。     

基于BP神经网络对爆炸容器多层复合结构的多目标优化

利用泡沫铝材料衰减冲击波和吸收爆炸能量的特性,设计了一种泡沫铝夹心的多层复合结构爆炸容器,并利用LS-DYNA软件进行了数值模拟,得到其动态响应特性。针对多层复合结构爆炸容器的外壳应变和能量吸收指标,采用BP神经网络和NSGA-Ⅱ遗传算法对其进行了结构优化。优化结果表明：高密度的泡沫铝夹芯对于大药量爆炸载荷是合适的,低密度的泡沫铝更适于小药量情况;相同爆炸载荷作用下,内筒和泡沫铝的厚度越大,外壳应变越小;内筒和泡沫铝的厚度越小,泡沫铝的吸能效率越高;内筒厚度越小同时泡沫铝的厚度越大,整个泡沫铝夹芯吸收的总能量越多。     

夹层结构抗冲击性能研究综述

夹层结构质量轻、强度高、吸能性好,被广泛应用于建筑工程领域。通过回顾国内外学者对夹层结构冲击动力学研究进展,分别从夹层结构的形式及材料、冲击响应实验、理论建模三个方面分析了夹层结构抗冲击性能。分析表明：夹层结构的构造形式、面层和芯层的材料特性、层间连接方式对夹层结构的冲击变形、吸能率有重要影响,芯层吸收了冲击过程中的大部分能量,底部面层的位移大小是衡量结构整体变形的标准;并对今后的研究方向作了展望。     

泡沫混凝土夹层吸能效应试验研究

将不同厚度的泡沫混凝土作为混凝土试件的夹层,制备直径100 mm,厚50 mm的圆饼状混凝土试件,模拟泡沫混凝土作为各类地下工程缓冲层的实际受力状态。通过对含有不同干密度(300 kg/m³,500 kg/m³)、不同相对厚度(10%,20%,30%)的泡沫混凝土夹层的混凝土试件,设置不同的冲击速率(4 m/s, 5 m/s, 6 m/s),进行霍普金森杆冲击试验,研究试验所得时间-应力曲线、时间-能量消耗曲线,从而分析夹层相对厚度、冲击速率、干密度对试件峰值应力以及吸能效应的影响。     

泡沫混凝土回填层在地下复合结构中的抗爆特性分析

泡沫混凝土材料具有减振和吸收冲击能量的特点。应用ANSYS/LS-DYNA有限元程序对地下复合结构在爆炸荷载作用下的动力响应进行了数值模拟,分析了泡沫混凝土减振层对结构动力响应特性的影响。计算结果表明,泡沫混凝土减振层能够明显减小结构的动力响应;泡沫混凝土减振层的最佳厚度为毛洞半径的0.25倍左右。     

EPS泡沫冲击压缩和吸能特性试验研究

采用小直径霍普金森压杆(SHPB),对3种密度的聚苯乙烯(expanded polystyrene,EPS)泡沫进行冲击测试,得到了5种应变率下的应力-应变全曲线.为了比较EPS泡沫在冲击荷载和准静态加载下的不同响应,对EPS泡沫试样进行3种应变率下的准静态单轴压缩试验.探讨了泡沫密度、加载应变率对EPS泡沫应力-应变行为、能量吸收性能和破坏特征的影响,应用能量吸收能力、吸能效率曲线和能量吸收图评价了其在冲击荷载下的能量吸收性能.结果表明:泡沫初始密度和加载应变率对EPS泡沫的吸能与冲压特性具有较大影响.     

黏弹性阻尼减震层的吸能特性试验研究

柔性减震技术在隧道等地下工程结构震害控制中的应用已被广泛认可,为了能够进一步推动柔性减震技术的全面发展和应用,基于黏弹性阻尼理论在桥梁建筑抗震领域中应用的认识,提出一种拟应用于地下隧道工程抗震领域的黏弹性阻尼减震层结构。通过改进分离式Hopkinson(SHPB)试验系统对不同的岩石–阻尼层–混凝土组合试件进行冲击试验,以此来分析黏弹性阻尼减震层的吸能特性。对比探讨了橡胶、硅胶不同阻尼层材料及蜂窝状、波纹状、圆柱状阻尼层结构在冲击试验中的吸能规律及其吸能效果;同时在相同阻尼层材料及其结构形状条件下,对比分析了不同厚度阻尼层的吸能规律,探讨了黏弹性阻尼减震层中阻尼层的最佳厚度;研究结果表明：与对照组（岩石–混凝土组合试件）相比,不同阻尼层的阻尼减震层结构吸收的入射能均提高了10%以上,表明该结构优越的吸能特性,同时高阻尼的橡胶比硅胶作为阻尼层材料具有更好地吸能效果;在3种不同形状的阻尼层中,蜂窝状阻尼层结构具有更好的吸能效果;对比分析不同厚度阻尼层结构的吸能效果时发现效果最佳的阻尼层厚度为20mm;研究成果将为隧道地下工程抗震结构设计提供理论和数据支撑。     

泡沫铝桥墩防撞装置的试验研究

通过对不同厚度、不同结构形式的泡沫铝桥墩防撞装置进行的对比模型试验,得出不同防撞装置的耐撞性和对桥墩不同的防护效果,并分析了撞击规律及其原因,以寻求能够对桥墩保护作用具有更明显优势的装置厚度和结构形式;在试验基础上,利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对各工况碰撞过程进行了模拟分析,得出了与试验结果相近的结论;相对于承受相同荷载的裸墩,泡沫铝桥墩防撞装置能有效地吸收撞击能量,显著降低荷载对桥墩的作用,因而有良好的防撞效果;研究了二次防撞效果;探讨了装置厚度及结构形式与防撞效果的关系.     

玄武岩鳞片合金闭孔泡沫铝的静、动态力学性能试验研究

为研究玄武岩鳞片闭孔泡沫铝静态力学性能,并分析其相对密度和应变变化率对泡沫铝动态吸能特性和吸能效率的影响,分别通过液压试验机和分离式霍布金森(SHPB)压杆对不同尺寸玄武岩鳞片闭孔泡沫铝进行静态压缩试验和高应变变化率冲击试验。结果表明:在准静态压缩作用下,泡沫铝相对密度对吸能性和吸能效率有一定的影响,相对密度与吸能性正相关,与吸能效率负相关。在相对密度较低时,玄武岩鳞片闭孔泡沫铝的吸能性能明显优于普通合金闭孔泡沫铝,相同密度下平均高出60%。高应变变化率情况下,相对密度相同时,玄武岩鳞片闭孔泡沫铝在相对更高的应变变化率下表现出更好的吸能性,全压缩过程后,高应变变化率作用下的吸能性较低应变变化率下的约高出75%。而吸能效率在相同应变时的表现则跟应变变化率负相关。在相同应变下,较低应变变化率吸能效率高出8.7%。不同应变率下泡沫铝压缩程度明显不同,在达到最大应变时,越高应变变化率下吸能效率更高。     

高阻尼橡胶用于岩石动载冲击防护的吸能特性试验研究

为了有效控制和减少深部高应力岩体冒落、硐室失稳及岩爆等工程动力灾害,借助于高阻尼橡胶材料在抗冲击、抗剪及能量吸收等方面的优越性能,拟研发带有高阻尼橡胶材料的深部新型硬岩小应变吸能锚杆,其吸能效果主要取决于高阻尼橡胶材料性能,为了系统评价高阻尼橡胶用于岩石冲击防护的吸能特性,文中利用φ50 mm分离式Hopkinson冲击压缩试验系统,对高阻尼橡胶、花岗岩–花岗岩组合试件以及高阻尼橡胶–花岗岩组合试件开展不同加载速率条件下的冲击试验,探讨对比高阻尼橡胶的吸能规律及其吸能效果。研究结果表明:高阻尼橡胶吸收的能量随入射能增加呈线性增加,说明吸收的能量占入射能的比例恒定;花岗岩与花岗岩组合试件分形维数增长速度比橡胶花岗岩组合试件快5.5倍,反映高阻尼橡胶在外荷载激振下具有良好的吸能特性;不同厚度的高阻尼橡胶材料存在最佳吸收能量,入射能在200~250 J范围内橡胶最佳厚度为15~20 mm,研究成果将为吸能锚杆的研发提供理论和数据支撑。     

泡沫铝压缩和吸能性能的影响因素分析

泡沫铝是近年来日益发展的一种新型结构–功能一体化材料。为了更加深入清晰地了解各因素对泡沫铝压缩性能的影响,选取影响泡沫铝压缩性能的尺寸、孔隙率、孔径作为讨论对象,系统地阐述了这3个因素对泡沫铝压缩性能与吸能性能的影响。分析表明,试件尺寸对泡沫铝的压缩和吸能性能均有重要影响;孔隙率对泡沫铝的性能具有决定性作用;孔径对泡沫铝压缩和吸能性能的影响规律尚有待揭示。     

空间格构腹板增强泡沫夹芯复合材料-试件准静态压缩吸能试验

采用聚氨酯泡沫作为填充材料,玻璃纤维增强复合材料作为面层和腹板,将双层正交格构腹板改变为双层错位格构腹板、多层错位格构腹板、六边形格构腹板和多层梯形格构腹板,制作空间格构腹板增强泡沫夹芯复合材料试件。对试件开展准静态压缩试验,记录试件的破坏过程,得到其荷载 位移曲线。分析试件产生不同破坏形式的原因,对比试件在压缩变形过程中承载力变化情况;引入能量吸收值、比吸能和平均压溃力3个指标比较试件的吸能性能。结果表明:改变竖直格构腹板的空间位置后,试件的准静态压缩破坏模式由竖直格构腹板突然屈曲失稳破坏改变为竖直格构腹板先产生倾斜再发生弯曲破坏,以及斜向格构与泡沫的剥离破坏和斜向格构与斜向格构的层间剥离破坏,有效减少了试件承载力的弹性突变,降低了试件的脆性;竖直格构腹板弯曲破坏比斜向格构的剥离破坏吸收更多能量,其能量吸收值波动幅度最大为16.6%;试件的能量吸收值随着压缩量增加呈线性增加,其耗能性能较为稳定。     

泡沫混凝土抗爆性能的试验研究

通过对自行设计的混凝土-泡沫混凝土-混凝土复合防护结构在爆炸冲击波作用下的吸能特性进行了试验研究,就不同密度的泡沫混凝土在复合防护结构中抗爆吸能作用进行了比较。结果表明:①复合防护结构中泡沫混凝土层具有明显的吸能作用;②随着泡沫混凝土密度的减小,经过该层后爆炸冲击波峰值应力、应变急剧衰减;③复合防护结构的抗爆吸能是以牺牲外层及泡沫混凝土来保护下层结构的。     

钢板-泡沫材料复合夹层板抗爆性能试验研究

钢板-聚氨酯泡沫夹层板是一种应用于地下防护结构的新型复合材料。为探讨该种复合材料夹层板在爆炸荷载作用下的性能,确定其破坏形态和特点,对其进行了野外抗爆特性试验研究。结果表明,复合材料夹层板抗爆能力强,吸能特性好,具有抗多次重复爆炸破坏而不丧失使用功能的特点。     

聚氨酯泡沫复合夹层板的动力有限元方法

聚氨酯泡沫复合夹层板是一种可广泛应用于防护工程中的新型结构形式,据此用有限元方法对爆炸荷载作用下的聚氨酯泡沫复合夹层板的动力响应进行了分析,验证了有限元方法分析聚氨酯泡沫复合夹层板的有效性。     

泡沫铝材料提升游艇耐撞性的数值分析

以探讨泡沫铝材料对于提升游艇耐撞性能的有效性为目标,针对某小型玻璃钢结构游艇为研究对象,采用有限元方法分别计算了艇体结构在未安装与安装泡沫铝防撞层下的受力与变形,分析了泡沫铝防撞层厚度对结构防撞效果的影响。结果表明:安装泡沫铝防撞层后可以有效地提高游艇的抗撞击性能,达到保护游艇的目的,并且游艇所受到的最大拉应力随着泡沫铝防撞层厚度的增加呈线性减小趋势,游艇所受到的最大压应力、最大变形随着泡沫铝防撞层厚度的增加呈对数关系减小趋势。     

EPS颗粒对混凝土冲击吸能特性影响分析

对5种不同EPS颗粒体积掺量的混凝土进行单轴冲击压缩试验,并分析不同EPS颗粒体积掺量混凝土的冲击吸能特性。试验结果表明:混凝土比能量吸收随应变率的增加而增加,具有显著的应变率效应;根据比能量吸收,得出EPS颗粒体积掺量在10%~30%之间,EPS混凝土冲击吸能特性优于普通混凝土,应变率为60 s-1时EPS颗粒体积掺量为30%时冲击吸能特性最好。     

聚氨酯-钢夹层复合材料结构抗泥石流冲击性能研究

为提高框架结构抗泥石流冲击的能力,在方钢柱中填充聚氨酯材料,形成聚氨酯-钢夹层结构。借助有限元分析软件ABAQUS进行数值模拟,分别对聚氨酯-钢夹层结构和纯钢结构在黏性泥石流冲击作用下的各项响应指标进行对比。结果表明,聚氨酯-钢夹层结构承受的冲击力峰值仅稍大于纯钢结构,但位移显著降低,在冲击作用下能保持较好的完整性,应力响应也明显减小,能够更有效地抵抗泥石流冲击作用。     

钢板泡沫铝复合减振层在军事建筑结构中的应用研究

针对目前常规武器的发展趋势以及对建筑结构局部破坏特点,文中尝试采用一种钢板泡沫铝复合结构,以降低框架底层柱的破坏程度,并通过理论分析和LS_DYNA有限元数值模拟的方法,研究了钢板泡沫铝复合减振层的抗爆机理以及对框架结构柱的保护作用。结果表明,钢板泡沫铝复合减振层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。     

新型钢结构作业棚抗冲击性能有限元分析

开发了一种新型钢结构作业棚,并应用ABAQUS软件中的ABAQUS/Explicit显示分析模块建立了22个有限元模型,对其抗冲击性能进行有限元分析,分别考察了高空坠物的高度、作用面积、木材厚度对钢结构作业棚结构体系的影响。分析结果表明:结构体系受到冲击后,主要以防护层木材的变形损伤与剪切破坏为主,钢结构构件的变形相对较小并且不会达到屈服状态;当坠落物体作用面积较大、木材较厚时,木材吸收的冲击能量越多,可承受冲击能力越强,结构越安全;当坠落物体高度较大时,冲击能量越大,可承受冲击能力越小,结构越危险。