HJC和K&C混凝土模型在爆炸荷载作用下的对比研究

在爆炸荷载作用下为比较HJC和K&C混凝土模型分析混凝土力学性能的准确性,基于这两种模型的物态方程参数和强度模型参数对钢筋混凝土梁在爆炸荷载作用下的动力响应进行了数值分析.研究结果显示,在爆炸荷载作用下应用K&C混凝土模型分析混凝土力学性能的准确性显著优于HJC模型,因此本研究结果可为爆炸荷载作用下分析混凝土的力学性能提供理论参考.     

爆炸荷载作用下多层道面体系动力响应的三维数值模拟

为解决现场爆炸试验成本较高且无法系统研究各层材料对多层道面结构抗爆性能影响的问题,采用LSDYNA软件对爆炸荷载作用下多层道面体系的动态响应进行了三维数值模拟.采用混凝土损伤材料模型模拟多层道面体系中混凝土类材料的动力特性.通过室内动力和静力实验,对材料模型的主要参数进行验证和确定,包括界面特性和各层材料的动力增长因数.根据多层道面体系的现场爆炸试验结果,通过比较其破坏形式、炸坑直径、加速度以及压力值对该数值模型进行了校核和验证.研究结果表明:提出的考虑界面性能和动力增长因数的三维数值模型能够较准确地模拟多层道面体系在爆炸荷载下的真实特性,且验证后的模型可进一步应用于研究不同因素对新型多层道面体系在不同爆炸荷载作用下抗爆性能的影响.     

钢管混凝土柱对爆炸冲击波影响的数值模拟研究

通过LS-DYNA软件对两种截面的钢管混凝土柱在爆炸荷载下爆炸冲击波的传播过程进行了三维数值模拟。混凝土采用HJC模型,钢管采用了考虑应变率的随动硬化塑形模型,炸药采用TNT炸药,使用LS-DYNA程序中的高能炸药爆轰产物压力-体积关系的JWL状态方程分析了爆炸冲击波的传播过程,得到了在不同比例距离下爆炸冲击波在通过两种截面柱子时超压峰值的衰减及增大规律。     

钢纤维高强混凝土墙基于CONWEP的爆炸响应

针对爆炸荷载下的钢纤维高强混凝土墙,采用显式动力有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立了墙体1/4模型,对墙体在爆炸荷载下的动力响应和破坏形态进行模拟分析.材料模型采用J-H-C模型,该模型考虑了损伤和应变率效应,模型参数利用文献试验数据计算得出,爆炸荷载采用CONWEP爆炸模型,使用*LOAD_BLAST关键字加载.利用数值模型分析了不同折合距离下墙体的破坏模式以及墙体厚度、高跨比、边界条件和折合距离等墙体动力响应的影响因素,结果表明,折合距离较小时墙体发生剪切破坏,折合距离较大时墙体发生弯曲破坏,此外,墙体厚度、边界条件、高跨比和折合距离均对其动力响应产生明显的影响,与钢筋混凝土墙体对比分析发现同等条件下钢纤维高强混凝土墙体中心位移值较小,体现了钢纤维高强混凝土较高的抗拉强度和抗压韧性对其抗爆能力的显著增强作用.     

近爆作用下钢筋混凝土柱的损伤机理研究

为了研究钢筋混凝土结构底层柱的抗爆性能,应用LS-DYNA软件对近爆作用下钢筋混凝土柱的损伤过程及破坏机理进行数值模拟分析,数值模型考虑应变率对钢筋和混凝土材料动力本构特性的影响以及炸药-空气-结构之间的流固耦合相互作用.结果表明,在爆炸冲击荷载作用下,钢筋混凝土柱表层混凝土首先开始剥落,受到约束的柱脚和柱顶混凝土发生冲剪破坏,在持续的横向变形作用下柱整体发生弯曲,产生一系列的横向裂缝;在等比例距离爆炸作用下,不同反射区的钢筋混凝土柱,受到的爆炸冲击荷载存在较大的差异,通常的比例定律不适用于近爆情形.     

爆炸荷载作用下RC梁不同折合距离破坏的数值模拟

梁在爆炸冲击荷载作用下的响应分析是典型的动力学问题,爆炸冲击荷载持续时间短,冲击波在构件中传播迅速,对构件的局部破坏非常严重,因此对结构物的抗爆性能研究意义重大.本文利用有限元动力分析软件LS-DYNA建立RC梁模型,对RC梁在爆炸荷载作用下不同折合距离的动力响应进行了数值模拟分析,为将来的实际工程应用提供理论依据.     

混凝土SHPB试验的数值模拟

利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,运用HJC本构模型,对混凝土试件的SHPB试验进行数值模拟,重构了混凝土在低、中、中高以及高应变率下的应力应变曲线,并且对试件的破坏形态进行了模拟。研究表明,HJC模型可以很好地模拟混凝土材料的力学性能,重构的应力应变曲线在曲线形态和峰值应力上均与SHPB试验拟合良好,数值模拟得到的混凝土的破坏形态也与SHPB试验一致,确定该强度混凝土材料HJC本构模型材料参数的方法具有通用性。     

掩体结构受爆炸作用动力响应的数值模拟

利用大型通用有限元软件ABAQUS对钢筋混凝土掩体结构在爆炸荷载作用下的动力响应进行数值模拟,其中混凝土采用塑性损伤模型,并考虑了应变率效应。通过对比分析了结构在相同强度的总脉冲压力作用下的内力,节点位移和塑性能量损失,最后得出结论:对混凝土掩体结构,在相同强度的总脉冲压力作用下会发生不同的动力响应,峰值压力越大,响应越明显。     

掩体结构受爆炸作用动力响应的数值模拟

利用大型通用有限元软件ABAQUS对钢筋混凝土掩体结构在爆炸荷载作用下的动力响应进行数值模拟,其中混凝土采用塑性损伤模型,并考虑了应变率效应。通过对比分析了结构在相同强度的总脉冲压力作用下的内力,节点位移和塑性能量损失,最后得出结论：对混凝土掩体结构,在相同强度的总脉冲压力作用下会发生不同的动力响应,峰值压力越大,响应越明显。     

爆炸荷载下K8型单层球面网壳的数值模拟

为了解大跨度空间结构在爆炸荷载下的响应特征,用ANSYS/LS-DYNA动力有限元软件,建立40 m跨度K8型单层球面网壳在爆炸荷载作用下的有限元分析模型.在材料参数设置、材料本构关系选择、网格尺寸选择与划分方式、结构对称性的应用方面首先进行对比分析,并将爆炸冲击波峰值超压的模拟值与经验公式值进行对比,验证数值模拟的适...     

基于HJC模型的盾构刀具切削混凝土数值模拟

为了揭示盾构刀具切削混凝土材料时的阻力大小及变化规律,研究Holmquist-Johnson-Cook动态本构模型（HJC模型）参数的确定方法,并据此对混凝土受切削破坏过程进行数值模拟. 设计室内混凝土试块切削试验,根据试验结果对HJC模型参数进行修正,进一步计算分析切削速度与切削深度对切削阻力的影响. 研究表明,基于HJC模型的数值计算结果可基本反映盾构刀具切削混凝土的阻力大小及变化规律;刀具在切入混凝土表面时,法向切削阻力的波动幅度较大,在切削接近试块自由面时会出现剩余材料整块脱落、切削力骤降为0的现象,该过程在数值模拟中相对平缓;在相同条件下,率效应参数主要影响法向切削阻力的波动幅度,损伤参数则同时影响法向切削阻力的平均值与波动幅度;法向切削阻力随切削速度呈指数形式增加,随切削深度呈线性增加;HJC模型可反映混凝土压碎破坏与材料应变率间的关系及法向切削阻力随深度的线性叠加效应.     

混凝土率相关单轴塑性损伤本构的开发及应用

为了对爆炸作用下钢筋混凝土 (reinforced concrete, RC) 构件动力响应进行简化分析, 需要合理描述混凝土和钢筋的应变率效应, 而LS-DYNA中缺乏能够考虑混凝土应变率效应的单轴本构模型, 因此, 结合Faria单轴塑性损伤模型, 通过黏性规则化方法调整率无关模型的损伤阈值演化律以考虑应变率效应, 并利用LS-DYNA将该模型编制为用户材料子程序VUMAT.以单个单元测试了高应变率下材料的基本性能;基于纤维模型模拟了RC梁在爆炸、冲击作用下的动力响应.结果表明:该本构模型能反映混凝土受拉应变率效应高于受压应变率效应的事实, 同时也能较准确地模拟爆炸与冲击作用下RC梁的动力响应.     

常见动态混凝土材料模型基本力学特征对比分析

材料本构模型的选择和使用,一直是制约混凝土构件动态损伤模拟技术发展的重要因素之一。基于通用有限元软件LS-DYNA,对其中2种常用的混凝土材料模型(混凝土损伤模型和混凝土连续面盖帽模型)的基本力学行为进行了对比分析。研究结果表明,混凝土损伤模型和连续面盖帽模型在基本应力应变关系、网格敏感性和应变率效应等方面均存在明显的差异。因此,采用这些材料模型进行有限元分析时,必须经过严格的试验验证,特别是在模型校正和后续参数分析时,应采用相同或相近的网格尺寸,以消除网格敏感性的影响。     

爆炸下考虑钢梁翼缘变形的改进单自由度法

为解决爆炸下结构产生较大局部变形时采用等效单自由度方法计算结构整体位移会出现较大误差甚至错误的问题,在单自由度理论基础上,以工字型钢梁为研究对象,通过分析翼缘局部变形对钢梁整体位移的影响规律后,基于提出的钢梁截面简化变形模型对其弯曲抗力函数进行改进,提出钢梁抗爆分析的改进单自由度方法。通过有限元软件ABAQUS数值模拟不同爆炸工况下钢梁的动态位移响应与破坏特征,并与单自由度模型及改进单自由度模型的计算结果进行对比,研究了不同计算模型下钢梁的位移及破坏差异。结果表明：与有限元模拟结果相比,钢梁翼缘局部变形越大,单自由度模型计算结果偏小越严重,而改进单自由度模型计算结果较好,可以更好地适用于钢梁抗爆分析的位移简化计算。     

Numerical simulation of the parabolic shell surface under blast wave loading

Deformation of parabolic shell surface under explosion shock waves is a complex dynamic problem. Because of reflection and interference of blast wave, it’s hard to analytically delineate the dynamic responds of radar parabolic shell surface on blast wave. To gain the characteristics of thin shell deformation under impulsive loading of blast wave, numerical simulation methods for blast load on the shell structure was studied and analyzed. Euler-Lagrange numerical simulation was implemented by AUTODYN code to simulate the problem. Through analysis on deflection feature of radial position under different explosive mass and detonation height, an equation was founded by fitting the deflection results from numerical simulation results of shockwave loading. Experiments were arranged to confirm the validity of the formula. The results gained by simulation are consistent with experiments, and the formula can be used to delineate the deflection of aluminum alloy parabolic shell under blast loading.