滚石冲击闭孔泡沫铝夹芯板耗能缓冲机理研究

中文摘要:在山区构筑物外表面覆盖一层缓冲材料能有效减小滚石冲击危害,达到保护工程结构的目的。为此,将泡沫铝作为一种耗能缓冲材料引入滚石灾害冲击领域,并将其与钢板组合为夹芯板结构,采用静力压载试验及动力有限元对滚石冲击泡沫铝夹芯板动力响应进行分析,揭示泡沫铝夹芯板耗能缓冲作用机理。结果表明：泡沫铝及夹芯结构在进入屈服强度后有较宽的耗能缓冲平台,可吸收大量冲击能量;同时夹芯板结构可有效降低被保护物结构挠度变形,伴随夹芯钢板厚度不断增大,垫层冲击坑深度不断降低,被保护结构中心点变形有较明显下降,但过大的钢板厚度使得泡沫铝夹芯板整体刚度增强,反而不利于泡沫铝夹芯板能量耗散。因此,在泡沫铝缓冲垫层结构设计时,应综合考虑被保护物结构所容许的变形量及承受冲击力双重控制指标。     

含内嵌卯口耗能器的榫卯节点抗震性能试验研究

针对木结构榫卯节点抗震加固和性能提升的需求,提出采用内嵌卯口耗能器增强榫卯节点性能的技术,并制作了包括未增强、单层增强及双层增强的5组缩尺榫卯节点模型。通过开展抗震性能试验研究,对不同厚度、层数的卯口耗能器增强榫卯节点与未增强榫卯节点的抗震性能进行对比,分析了不同参数的卯口耗能器对榫卯节点抗震性能指标的影响。结果表明:内嵌卯口耗能器具有双向耗能、多点屈服、可设计性强等特点,可大幅提升榫卯节点的抗震性能,有效抑制节点的拔榫现象;耗能器增强节点相较于未增强节点,承载力有小幅提升,耗能能力有大幅提升,而初始刚度有50倍以上的大幅提升;耗能器的钢板厚度和层数是影响榫卯节点抗震性能的主要因素,且厚度对于耗能器加固榫卯节点力学性能的影响最大;与单层耗能器相比,双层耗能器对榫卯节点的加固性能更加卓越。     

冲击荷载下EPS垫层棚洞耗能减震作用研究

通过在棚洞顶部铺设砂垫层能够达到一定的缓冲吸能目的,然而工程实践表明：砂垫层材料缓冲效果有限,且自重荷载较大,建设成本偏高,不利于大面积推广应用。为此,在传统棚洞砂垫层的基础上提出一种结合聚苯乙烯泡沫层（EPS）的复合垫层结构,依托丽江至攀枝花高速公路宝鼎棚洞工程,采用动力有限元方法对运煤缆车冲击棚洞过程动力响应进行研究,与传统砂垫层进行比较,从而揭示EPS垫层在棚洞结构设计中的耗能减震作用。结果表明：与传统垫层结构相比,结合EPS垫层的棚洞结构能够在一定程度上降低棚洞结构自重、冲击力、以及棚洞混凝土板的位移、应力响应,具有较高的工程应用价值。     

滚石冲击闭孔泡沫铝夹芯板耗能缓冲机理研究

在棚洞顶部铺设一定厚度砂土垫层可起到有效的耗能缓冲作用,不同厚度的砂土垫层耗能缓冲效果差异较大,如何量化砂土垫层厚度成为棚洞结构设计的关键问题之一。以实际棚洞结构为原型,采用动力有限元对滚石冲击砂土垫层进行数值仿真计算,分析不同冲击能量下多组砂土垫层厚度组合的动力响应及耗能缓冲机理。结果表明：低冲击能量下,改变砂土垫层厚度对滚石冲击力影响不大,而高冲击能量下,不同厚度砂土垫层的吸能减震效果有显著差异;增大砂土垫层厚度可有效的减弱滚石冲击对棚洞钢筋混凝土顶板造成的变形影响,但同时会增加结构自重,通过计算,可以得到最优化的垫层厚度,兼顾经济合理性和结构可靠性。研究成果将为滚石多发区棚洞结构砂土垫层的设计提供理论依据。     

落锤冲击气囊施加均布动荷载的试验方法

在结构构件上施加均布冲击(爆炸)荷载一直是动力试验领域的难题。提出了一种落锤冲击气囊施加均布动荷载的试验装置,和一个双自由度弹簧阻尼冲击加载简化分析模型;给出了该模型的基本力学方程、边界条件和求解方法,并进行了有限元验证;建立了所提出冲击加载试验装置的精细化有限元模型,分析了构件上各受荷区域的荷载均布情况,验证了所提出装置的可行性。基于所建立的简化分析模型,讨论了刚度、荷载作用时间和阻尼比等关键参数,对构件上动荷载的影响,并给出了基本规律。计算结果表明,在选定合适的参数后,落锤冲击气囊试验装置能够较好地模拟构件上的均布动荷载,为实验室中进行爆炸冲击试验提供了一种可能。     

复合荷载作用下TX型方管节点静力性能试验研究

对两个TX型方钢管相贯节点进行了轴力、弯矩共同作用下的静力试验研究.通过对试验现象的分析,研究了节点的破坏特征、应力分布规律、抗弯刚度以及极限承载力等静力性能.试验结果表明:当主管受压时,节点的抗弯刚度相比主管受拉的情况会有所降低.圆角处的焊缝往往较早出现裂缝,使得节点强度难以充分利用.在设计中,如果要将节点视为刚性,需要采取一定的加劲措施,并在施工和加工过程中确保焊缝质量.     

含泡沫铝防护层钢筋混凝土板的抗爆性能研究

为了研究多孔吸能材料泡沫铝对结构的防护作用,采用LS-DYNA软件对自由空气中5 kg Pentolite炸药爆炸作用下含泡沫铝防护层钢筋混凝土板的动力响应进行了数值模拟,比较分析了不同厚度泡沫铝的防护效果.结果表明,随着泡沫铝防护层厚度的增加,钢筋混凝土板的挠度变形显著减小,受到的冲击加速度幅值衰减较大,泡沫铝防护层能够有效提高钢筋混凝土板的抗爆性能;当泡沫铝防护层增加到一定厚度时,对爆炸冲击波的衰减效果不再明显.钢筋混凝土板的泡沫铝防护层厚度存在一个合理的设计值,对不同的结构进行防护设计时,需要进行相应的计算分析.     

单侧隧道内爆炸荷载作用下双线地铁隧道的动力响应与抗爆分析

研究了单侧地铁隧道内爆炸荷载作用下双线地铁隧道的动力响应,并选用泡沫铝作为防爆措施进行了地铁隧道的抗爆分析．在土-结构动力相互作用分析中,采用有限元与无穷元相耦合的方法建立了由双线隧道及其周围有限成层土区、远场半无限土区的整体计算模型,其中土体的有限元模型是依据某地铁工程的地质勘探资料建立的．通过该实际地铁工程的数值仿真以及计算结果的对比分析,揭示了爆炸超压、双线隧道的埋深和间距以及隧道周围土质条件对隧道衬砌应力场的影响;研究结果也表明泡沫铝具有良好的缓冲吸能作用,是提高地铁隧道抗爆能力的一种有效措施．     

节点在液态铝合金泡沫析液过程中的耗散作用分析

液态金属泡沫是由大量气泡密集堆积在金属熔体中形成,本身处于非平衡态,可以看成是一种软物质.泡沫析液在微观上是液体在气泡间隙内的微流动过程,是影响泡沫稳定的主要因素之一.采用SurfaceEvolver(2.30)软件计算得到不同液体体积分数(含液率)时泡沫节点形状,然后利用CFD软件(FLUENT 6.2)计算了不同气液界面边界条件下节点的内部流场,并分析节点对泡沫析液过程的影响.通过建立节点在析液过程中流动能量耗散模型,计算液态金属铝泡沫析液速率与流量的关系,数值计算结果表明:平均速率u与流量Q的关系接近u∝Q0.5;流量Q与压力差△p之间存在△p∝ logQ的关系.     

冲击荷载下矩形钢管混凝土柱－钢梁节点受力性能数值模拟

为研究矩形钢管混凝土柱－钢梁节点在冲击荷载下的力学性能,在总结归纳相关文献的基础上,选取合理的模型尺寸和本构关系,利用有限元软件ＡＢＡＱＵＳ对落锤冲击荷载下的钢管混凝土柱－钢梁节点受力性能进行数值模拟。通过设置接触对用来考虑钢管壁与混凝土间的粘结滑移效应,采用面面接触方式模拟冲击体与构件之间的接触作用,利用接触应力法对试件的动力响应进行分析,最终获得试件冲击力时程曲线和核心混凝土的应力云图;同时,考虑混凝土损伤塑性对节点核心区应力变化的影响。研究表明：冲击力峰值的计算值与理论值吻合较好,考虑混凝土损伤塑性可以提高数值模拟精度。     

Damage and penetration behavior of aluminum foam at various impacts

In this work, the damage and penetration behavior of aluminum foam at various types of impact were examined through experiments. The impact energy of a striker was applied on the fixed aluminum foam having a thickness of 25 mm while increasing its impact by 2 J at each strike from 6 J to 16 J. The results show that the impact energies from 6 J to 12 J could not penetrate aluminum foam. However, the aluminum foam applied with the impact energy of 12 J incurred severe damages on its lower part. Finally, the aluminum foam applied with the impact energy of 14 J was penetrated. The striker having the impact energy of 6 J could penetrate aluminum foam around 10 mm. At this moment, aluminum foam could absorb the impact energy of around 9 J. When the impact energy of 14 J was applied on the aluminum foam, the aluminum foam was penetrated and it absorbed the impact energy of around 17.2 J. It is possible to create the safer structure against impact using the results of this work. The simulation results for the verification of the experimental results imply that the results for all the experiments in this work are reliable. It is possible to predict the structural safety of the aluminum foam for an impact if the impact behavior of aluminum foam performed in this work is utilized.     

泡沫铝在船舶舱室中的降噪应用

针对船舶舱室内的噪声问题,利用阻性吸声材料泡沫铝无毒、阻燃、无粉尘、工艺性能好的特点,模拟舱室环境,对舱室进行了噪声治理。模拟结果表明加泡沫铝后,可以使舱室空气噪声平均降低约10dB,具有显著的降噪效果。     

泡沫铝板组合与配置对吸声特性的影响

利用驻波管法研究了组合泡沫铝板在孔径不同、空气层厚度不同时的吸声系数变化规律。研究结果表明：在低频段,大孔径泡沫铝板的吸声系数大于小孔径泡沫铝板的吸声系数。在中频段,结论与之相反。空气层厚度能改善２ ０００Ｈｚ 以下频段的组合泡沫铝板的吸声特性,同等厚度时的组合泡沫铝板的吸声特性好于单一孔径的泡沫铝板     

厚径比对高阻尼橡胶材料的缓冲吸能特性实验

为减少深部强扰动诱发的岩石冒落、岩爆等动力灾害,将具有良好防冲和吸能特性的高阻尼橡胶材料应用于拟研发的新型小应变吸能锚杆中.为系统评价厚径比对高阻尼橡胶材料缓冲吸能的影响,采用落锤冲击系统和分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,对不同厚径比的高阻尼橡胶试样和\"橡胶-花岗岩\"组合试样进行冲击实验.落锤实验结果表明,相同冲击...     

层合圆柱壳轴向撞击失效行为的试验研究

主要针对缠绕成型的玻璃纤维增强环氧和聚酯树脂圆柱壳的轴向撞击失效行为进行了研究 .通过试验研究了不同铺设方式的复合材料圆柱壳在轴压载荷下的渐进破坏模式、载荷变化特征、能量吸收机理 ,能量吸收能力以及轴向压缩行为的影响因素 .研究表明圆柱壳的渐进压缩过程可提供平稳的制动力 ,有良好的缓冲性能和能量吸收能力 ;[±θ]5玻璃纤维 /环氧圆柱壳的能量吸收能力 ,随纤维角度的增大有所增加 ;撞击载荷下圆柱壳的压缩过程、破坏模式与准静态加载基本相同 ,当圆柱壳的纤维缠绕角度 θ>4 5°时试件的能量吸收能力较静态有较大提高     

Influence of Density on Compressive Properties and Energy Absorption of Foamed Aluminum Alloy

The foamed aluminum alloys with different densities were fabricated by melt foaming technique. The compressive properties and energy absorption of the foamed aluminum alloy with different densities were analyzed. The results reveal that the compressive stress-strain curves follow the typical behavior of cellu- lar foams with three deformation stages. Under the same strain, the energy absorption capability decreases with the decrease of density. However, with increasing the strain, the energy absorption efficiency of foamed metal increases initially and then decreases. The lower the density, the longer the plateau region, within the range of high strain, the energy absorption efficiency is always high.     

Radial explosion strain and its fracture effect from confined explosion with charge of cyclonite

Instrumented experiments were conducted in concrete models to study the explosion-induced radial strain and fracture effect of rock-like media under confined explosion with a charge of cyclonite. As a charge was exploded,two different radial strain waves were sequentially recorded by a strain gage at a distance of 80 mm from the center of charge. Through the attenuation formula of the maximum compressive strain(εrmax), the distribution of εrmax and its strain rate(ε) between the charge and gage were obtained. The effect of the two waves propagating outwards on the radial fracture of surrounding media was discussed. The results show that the two waves are pertinent to the loading of shock energy (Es) and bubble energy (Eb) against concrete surrounding charge, respectively. The former wave lasts for much shorter time than the latter. The peak values of εrmax and ε of the former are higher than those of the latter, respectively.     

泡沫铝填充6082-T6铝合金圆管构件轴压力学性能

薄壁金属构件与吸能泡沫材料组合形成的复合构件具有优越的耗能性能,本文将泡沫铝填充至6082-T6高强铝合金圆管中作为建筑结构中的耗能复合构件。为获得泡沫铝填充6082-T6铝合金圆管在轴压荷载下的响应特征、破坏机理及耗能性能,进行了20组不同径厚比和高径比的铝合金空管以及泡沫铝填充复合管的轴压试验。构件表现出3种破坏模式:劈裂破坏、叠缩劈裂破坏、叠缩劈裂+不规则变形破坏。填充泡沫铝能够有效改善构件在轴压荷载下的变形能力,避免其发生不规则变形破坏,并提高构件耗能能力。基于有限元分析平台LS-DYNA提出了合理的有限元建模方法并开展了参数分析,结果表明:构件峰值承载力与吸能能力均随壁厚和管径的增大而增大。当高径比增大时构件在轴压荷载下发生失稳破坏,而填充泡沫铝后构件发生失稳破坏的临界高径比增大。     

钢-砼组合桥梁中栓钉连接件的计算

国内已将钢砼组合梁的实践应用从建筑扩展到桥梁方面,本文就其栓钉连接件受静荷及动(疲劳)荷载的设计计算做了简要论述并附以计算实例.