近爆作用下钢筋混凝土板动态破坏的数值模拟研究

当爆炸在结构构件表面发生时,产生的冲击波将会对结构构件造成损伤和破坏,而准确预测潜在的爆炸对结构构件造成的损伤是进行重要建筑物和防护结构抗爆设计的基础。为研究近爆作用下钢筋混凝土板的抗爆性能,采用AUTODYN软件建立了混凝土和钢筋的三维分离式实体模型,数值模型考虑了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,分析了不同炸药量作用下钢筋混凝土板的损伤机理和破坏特征,合理展现了钢筋混凝土板从混凝土开裂、碎片形成、部分钢筋屈服断裂到板局部震塌的动态演变过程。随着炸药量的增大,钢筋混凝土板的破坏模式逐渐由整体弯曲破坏转变为局部的冲切破坏     

钢筋混凝土复合防护梁的抗撞性能研究

传统结构构件设计较少考虑碰撞效应,因此有可能因碰撞荷载而引起严重的冲击破坏。鉴于此,在前期提出的刚柔复合防护结构体系的基础上,针对钢筋混凝土复合防护梁的抗撞性能进行了分析研究。在数值模拟的过程中,分别考虑了无防护、刚性防护、柔性防护和刚柔复合防护四种不同的措施以及两端固支、两端铰支和一端固支一端铰支三种不同的梁端约束形式。通过观测钢筋混凝土梁的应变、位移、加速度和冲击力等参数,可评价相应的抗撞效果。数值结果表明,提议的复合防护体系效果最好,可以有效抑制受撞构件的冲击响应;同时,构件约束形式对抗撞性能的影响也是不容忽视的。     

钢筋混凝土梁冲击试验数值模拟研究

摘要: 采用弹塑性损伤帽盖模型对筋混凝土梁冲击试验进行了数值模拟,数值模拟得到的碰撞力、梁体跨中挠度以及梁体破坏状况与实验情况吻合较好。在此基础上讨论了混凝土材料应变软化段、描述塑性体积的帽盖面、强度准则子午线形状、偏平面形状以及钢筋混凝土结构建模方式对冲击数值模拟的影响。     

钢筋混凝土隔离墙抗爆性能数值模拟研究

为了研究钢筋混凝土隔离墙在爆炸荷载作用下的动态响应和抗爆性能,采用LS-DYNA有限元软件建立9 m跨度隔离墙结构简化模型,模拟了不同药量和爆炸距离下隔离墙的动态响应。将模拟结果与经验超压公式计算结果和已有试验结果对比,验证了爆炸荷载和材料参数选取的合理性,分析了结构的破坏过程、冲击波作用规律、墙面荷载分布规律和结构变形情况。结果表明:建立的数值模拟可以较好地模拟爆炸冲击波与结构的相互作用;墙面冲击波压力衰减速率与药量和爆炸距离密切相关,墙面压力衰减幅度可达97.8%。在相同药量时,随着爆炸距离增加,墙体底部压力减小,顶部冲量增加;墙体结构由小变形转变为结构整体的较大变形;比例距离小于0.376■时,墙体底部容易发生剪切破坏。模拟结果可以为抗爆隔离墙的设计提供依据。     

钢筋混凝土梁动态试验与数值模拟

试验研究、数值模拟地震作用范围内加载速率对钢筋混凝土梁影响。考虑混凝土强度、钢筋强度、剪跨比、加载速率及加载模式等对钢筋混凝土梁力学及变形性能影响;基于ABAQUS有限元软件建立钢筋混凝土梁计算模型,考虑钢筋、混凝土的率敏感性,对梁试件在不同工况下动态性能进行数值模拟;模拟结果与试验结果吻合较好。     

基于AUTODYN的复合防护结构数值模拟

为了更好地保护小当量爆炸物处理人员的安全,提出了一种由胶体、聚氨酯、泡沫铝和凯夫拉4种材料构成的圆柱形复合防护结构。对100 g TNT爆炸物选择模型比例为1:1,利用AUTODYN软件建立二维仿真模型,采用2D-Euler算法数值模拟此防护结构对爆炸冲击波的减弱效果,并进行分析研究。研究得出:复合防护结构能很好地降低冲击波超压峰值,从而间接地增强人体对超压的忍受度,保证一定范围内人员的生命安全。该防护结构具有便携性、机动性及对爆炸冲击波的高效衰减性,正好适用于轻量、便携及有效防护的应用背景,对相关防护结构的研究设计起到很好的参考作用。     

复合材料波纹梁冲击试验与数值模拟

为了探究复合材料波纹梁的吸能性能,针对铺层形式分别为[(±45)3/(0,90)/(±45)3]、[(±45)8]和[(±45)7]的3种复合材料波纹梁元件,进行了动态冲击试验,得到了吸能载荷-位移曲线,并对其损伤破坏形貌进行了分析。以连续损伤力学为基础,结合改进的Hashin损伤判定准则以及损伤演化规律,提出了针对波纹梁耐撞性损伤分析的刚度退化模型,并基于有限元软件平台开发了适用于波纹梁渐进损伤分析的子程序。对3种不同结构形式的波纹梁进行了渐进失效数值分析,模拟得到了能量评估参数比吸能(SEA)和平均载荷值,并将模拟结果与试验结果进行了对比分析。比较分析了不同薄弱环节复合材料波纹梁的吸能能力。结果表明:波纹梁在冲击载荷作用下发生了渐进压溃失效;平均压溃载荷的相对误差不超过12%,能够满足工程应用要求;薄弱环节的设置需综合考虑复合材料性能和铺层方式等因素。     

爆炸冲击波作用下玻璃材料动态响应数值模拟研究

采用ANSYS/LS-DYNA对玻璃材料在爆炸冲击作用下的动态响应和破坏进行了数值模拟研究,并应用空气中爆炸冲击波经验公式进行了相应计算分析,对比结果表明,数值模拟结果和理论公式计算结果相差10%左右。分析了不同炸药药量作用下玻璃的破坏特征,分析结果表明:在炸药药量较小情况下玻璃碎而不破,炸药药量增加到一定程度时,玻璃在冲击波作用下迅速破碎,碎片具有较大的初始的动能。研究结果对玻璃的抗爆设计可提供一定的参考。     

基于松耦合法的π型主梁竖向涡振数值模拟

借助软件FLUENT,基于松耦合方法将自编Newmark-β 算法程序对接FLUENT求解流固耦合问题的数值模拟方法。通过对宽高比为4 的矩形断面竖向涡激振动进行数值模拟验证了该方法的可靠性。利用ANSYS建立某拟建汉江斜拉桥的三维有限元动力模型,获取其主要动力基频特性以及质量参数。建立二维π梁断面绕流模型,计算在不同来流风速下该桥梁断面竖向自由度的振幅以及旋涡脱落频率变化情况,模拟出涡激振动的“锁定”区间,并分析某完整周期内梁断面的瞬时涡脱变化以及竖向涡振机理。     

水下爆炸近距气泡作用下船体箱型梁损伤特性数值模拟方法研究

为了研究水下爆炸近距气泡作用下船体结构损伤特性的数值模拟方法,以某实船缩比试验模型——箱型梁为仿真对象,应用MSC-DYTRAN非线性瞬态有限元分析软件,建立了船体箱型梁在水下爆炸近距气泡作用下的仿真模型,欧拉水域中考虑静水压力场,采用开放式流场边界技术处理流场边界,应用自适应网格技术处理多材料多欧拉域,引入修正的冲击波压力场对冲击波作用阶段进行修正。对冲击因子为0.236的典型试验工况进行数值模拟,分析了箱型梁在近距气泡作用下的破坏机理,并将数值计算结果与试验结果进行对比,结果表明:船体结构与气泡相互作用规律、船体结构的破坏模式及典型部位的应变时程曲线与试验结果吻合良好,两者误差在25%以内,该方法为利用数值手段研究爆炸气泡对整船的毁伤特性提供了一个有效的解决途径。     

爆破冲击荷载作用下宏观孔隙混凝土损伤演化的近场动力学模拟

针对静载、冲击荷载条件下宏观孔隙混凝土的孔隙参数对混凝土损伤演化过程的影响问题,采用MATLAB程序结合蒙特卡罗方法生成随机的孔隙结构物理模型,通过自编近场动力学程序模拟了单轴压缩下宏观孔隙混凝土的应力应变过程,并制备了以聚苯乙烯小球高温融化为孔隙体的混凝土砂浆试件,对宏观孔隙率0%～40%的混凝土试件进行了单轴压缩,实验验证了模型计算结果的准确性,随后模拟了爆破冲击作用下宏观孔隙混凝土的裂纹萌发与扩展。结果表明：孔隙率对宏观孔隙混凝土材料力学性能的影响显著,随着孔隙率的增加,试样的密度、抗压强度、弹性模量以及纵波波速不断降低,当孔隙率达到30%后,孔隙率对轴线抗压强度影响减弱,并且出现峰前应力跌落现象。孔隙率为零的混凝土试样在无围压冲击荷载作用下具有明显的压剪破坏形式,而含孔隙的混凝土由于大量的孔隙存在导致孔隙间混凝土骨架的拉伸或剪切贯通破坏。在相同冲击荷载下不同孔隙率混凝土的破坏情况不同,孔隙率大的孔隙混凝土试样破坏严重,表明孔隙率对冲击载荷作用下混凝土试件能量耗散起着重要作用。     

近区爆炸作用下砌体填充墙损伤破坏与动态响应的数值模拟

民用建筑中广泛使用的砌体填充墙在爆炸荷载作用下产生的碎块严重威胁着建筑物内部人员和设备的安全.尤其是近区爆炸作用下,墙体会产生更为严重的局部破坏,碎片飞散速度更快,但已有的相关研究工作仍旧较少.基于已有普通黏土烧结砖填充墙的近区爆炸试验,开展了近区爆炸作用下砌体填充墙损伤破坏和动态响应的数值模拟,对比验证了Load B...     

梁侧导流板对π型叠合梁断面涡振性能影响及抑振机理研究EI北大核心CSCD

具有开口形式的π型断面是一种易发生涡激振动(vortex-induced vibrations,VIVs)的钝体断面。为了准确把握某主跨520 m的π型叠合梁斜拉桥的涡振性能,开展了1∶25大尺度节段模型风洞试验,比较了在边主梁侧面布置不同的导流板(即梁侧导流板)对主梁涡振性能的影响。试验结果表明,原设计断面在-3°和-5°风攻角下存在显著的竖向涡振现象。当设置宽度为1.5 m、水平倾角为35°的梁侧导流板后,主梁在不同风攻角下均未发生涡振。通过对主梁绕流场数值模拟初步探讨了主梁发生竖向涡振的原因及导流板的抑振机理。模拟结果表明,导流板能够减小主梁底部区域旋涡的尺寸,使主梁上、下表面周期性压力差和气动力显著减小,从而削弱了诱发主梁涡振的条件,起到了抑制主梁竖向涡振的作用。该研究结果可为π型叠合梁断面的涡振抑振措施设计提供参考。     

爆炸荷载作用下粘贴Polymer Sheet膜材砌体墙防护性能研究

以混凝土砌体墙爆炸试验为基础,借助LS-DYNA软件,分析混凝土砌体墙在爆炸荷载作用下的破坏机理及Polymer Sheet膜材加固后的防护性能。研究结果表明：爆炸荷载作用下,墙体背爆面跨中位置、迎爆面上下端部为危险截面,最易破坏;爆炸荷载的峰值压力不超过0.385MPa时,砌块之间脱离和飞溅较少,可不进行防护;当峰值压力大于0.385MPa时,随峰值压力增大,破坏部位脱离的砌块数量增多,飞溅速度加快,对建筑物内部人员及设施威胁增大,必须进行防护加固;峰值压力不超过0.95MPa时,膜材能够很大程度上发挥防护作用,阻挡散落砌块的抛射;当峰值压力大于0.95MPa时,膜材自身在锚固处断裂,墙体与断裂的防护膜以整体形式向建筑内部抛射,建议此时采用索膜防护体系,以提高防护效果;最后给出了Polymer Sheet膜材加固的砌体墙安全防护距离,以供设计参考。     

ERA对长杆穿甲弹减速作用的数值模拟

为了研究爆炸反应装甲(ERA)对长杆式钨钢穿甲弹的减速作用,以英国尾翼稳定脱壳穿甲弹L23A1为背景,利用LS-DYNA有限元软件设计了长杆穿甲弹模型,并建立长杆式穿甲弹以不同速度和攻角侵彻爆炸反应装甲的数值模型,对不同工况下侵彻全过程和穿甲弹弹体各部位速度进行了分析.结果表明:爆炸反应装甲对长杆型穿甲弹具有明显的减速...     

地震作用下钢结构损伤过程数值模拟

采用弹塑性损伤本构模型,该模型结合了非线性各向同性和随动强化准则以及基于塑性位移的损伤演化规律,利用ABAQUS对一个9层钢结构在EL-Centro地震波作用下塑性变形和损伤区域的发展过程进行了数值模拟.结果表明,上部楼层的梁端产生较明显的塑性变形并形成损伤部位.这与在Northridge地震中观测到的高层钢结构的地震...     

城市管廊燃气爆炸动态响应的数值模拟研究

为更好的进行城市管廊结构抗爆优化设计,深入研究管廊燃气爆炸动态响应特性极为必要.利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立管廊结构的有限元计算模型,采用等效内能法模拟燃气爆炸荷载,研究燃气爆炸激发冲击波传播衰减规律及其对管廊结构的动态响应规律,分析管廊结构破坏和反应特征.结果表明:燃气爆炸冲击波随传播距离的增加,峰值压力逐渐降低,同时超压持续作用时间逐渐变短.冲击波在受限空间壁面的反射叠加造成其峰值压力在传播后期呈现略微增加趋势,但整体上以多项式形式衰减.爆炸损伤部位主要集中在燃气仓墙角或结构突变位置,燃气仓顶部设置泄压口,可有效避免上部通行仓混凝土的损伤破坏效应.管廊结构墙角处刚度较大导致其振动响应程度较弱,而墙面中部区域节点振动合速度可达到0.4 m/s.满仓燃气爆炸工况下,管廊结构局部混凝土产生贯穿裂纹,但并未出现整体结构性损坏.     

内部爆炸荷载作用下钢筋混凝土板的动力响应研究

对于合理预测内部爆炸荷载作用下复杂结构的动力响应,通常需要用合适的计算方法进行直接的数值模拟。采用了考虑应变率影响的钢筋和混凝土材料的动力本构损伤模型,介绍了用爆炸流体动力学软件预测在封闭空间内发生爆炸情况下结构响应的数值模拟方法。对箱型封闭空间内0．5kg TNT爆炸荷载作用下钢筋混凝土顶板的响应进行了数值模拟研究,展示了钢筋混凝土板从混凝土开裂、钢筋断裂到板整体抛射的动态演变过程,并与试验结果进行了对比分析,内部爆炸荷载压力时程曲线、混凝土的损伤破坏和板的抛射速度与试验结果吻合较好。从中可以发现钢筋对混凝土开裂起主要抑制作用,板的开裂和碎片形成主要受脉冲压力荷载的影响,而板的抛射速度主要受气体压力荷载的控制。