钢板夹泡沫铝组合板抗爆性能数值模拟

鉴于泡沫铝材料良好的吸能特性和三明治型组合构件在强度、刚度上的优势,通过有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对钢板-泡沫铝-钢板三明治型组合板进行了装药量为10.0kgTNT的非接触爆炸数值模拟,考察组合板在爆炸荷载作用下的动力响应。研究表明:钢板夹泡沫铝组合板承受爆炸冲击波荷载时,响应方式主要为组合板整体弯曲变形和泡沫铝芯层局部压缩变形,芯层压缩变形是组合板吸收耗散能量的主要途径;适当地增加泡沫铝芯层厚度和面板厚度能够提高组合板的抗爆性能,同时使组合板充分发挥耗能作用。     

钢板夹泡沫铝组合板抗爆性能数值模拟

鉴于泡沫铝材料良好的吸能特性和三明治型组合构件在强度、刚度上的优势,通过有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对钢板-泡沫铝-钢板三明治型组合板进行了装药量为10.0kgTNT的非接触爆炸数值模拟,考察组合板在爆炸荷载作用下的动力响应。研究表明:钢板夹泡沫铝组合板承受爆炸冲击波荷载时,响应方式主要为组合板整体弯曲变形和泡沫铝芯层局部压缩变形,芯层压缩变形是组合板吸收耗散能量的主要途径;适当地增加泡沫铝芯层厚度和面板厚度能够提高组合板的抗爆性能,同时使组合板充分发挥耗能作用。     

泡沫铝夹芯梁抗爆性能的数值模拟分析

运用有限元软件LS-DYNA分析重量相同的2种材料梁在爆炸荷载作用下的动力响应,其中一种由304#不锈钢面板与泡沫铝芯材复合而成的夹芯梁,另一种由304#不锈钢单一材料制成的实体梁.对比了相同重量2种梁在跨中位移的变化情况,并将泡沫铝夹芯梁的计算结果与文献实验数据作了对比分析.结果显示,在冲量分别为1.83 kNs/m2、3.77 kNs/m2、6.08 kNs/m2及7.0 kNs/m2动荷载作用下,304#不锈钢实体梁的跨中位移分别是304#不锈钢面板泡沫铝夹芯梁跨中位移的1.1倍、1.35倍、1.26倍及1.14倍.由此可知,相同重量304#不锈钢面板泡沫铝夹芯梁较304#不锈钢实体梁具有更好抵抗爆炸荷载作用的能力.     

磁流变阻尼器抗爆隔震性能的数值模拟

磁流变阻尼器隔震系统具有隔震效率高、能耗低、可控性好等优点,但针对抗爆结构隔震的研究还很少。本文针对抗爆结构的隔震特点,提出了阶跃电流控制方法,采用改进的Bouc-Wen模型和Matlab Simulink模拟软件,对磁流变阻尼器的抗爆隔震性能进行了模拟分析。结果表明,磁流变阻尼器可以有效改善抗爆结构的位移、加速度和VDV值的响应,与模糊控制方法相比,阶跃电流控制方法更适合于抗爆结构的隔震控制。     

近场爆炸作用下钢箱梁抗爆性能研究

为研究钢箱梁的抗爆性能,基于ALE多物质流固耦合理论,采用LS-DYNA软件开展近场爆炸作用下钢箱梁的数值模拟,根据钢板爆炸试验验证了模拟方法的准确性,开展钢箱梁损伤及压力场分析,进一步就不同炸药当量、不同钢板厚度及不同加劲肋布置展开参数化分析。研究结果表明:爆炸荷载作用下钢箱梁的破坏形式主要可分为塑性变形和破裂开口两种;爆炸冲击波破坏顶板后在翼板处狭小的空间内,封闭效应显著,箱梁内部超压峰值最大发生在顶板最靠近爆点的加劲肋处;结合抗爆性能、经济性和桥面铺装推荐2 cm为钢箱梁顶板最优厚度;加劲肋与顶板可看作一个熔断体系,利用加劲肋和顶板相对刚度的差别,可以将破损区域限制在两加劲肋之间。     

泡沫铝夹芯圆筒抗爆性能研究

在验证了所用方法有效性的基础上,采用有限元软件LS-DYNA分析了重量相同、由A3钢和闭孔泡沫铝制成的夹芯圆筒与由A3钢制成的实体圆筒在3种不同爆炸载荷作用下的动力响应,同时分析了5种不同夹芯圆筒的抗爆性能。结果表明,在相同爆炸载荷的条件下,无论是在变形还是在能量吸收方面,夹芯圆筒都优于相同重量的实体圆筒;对于夹芯圆筒,内面板厚度应不大于外面板厚度,这样能在降低夹芯圆筒整体变形的同时发挥泡沫铝芯层的吸能优势。     

钢筋混凝土路面抗爆性能研究

钢筋混凝土路面在爆炸荷载作用下会发生开裂和沉陷.为了研究路面的损坏情况,利用有限元分析软件LS-DYNA对路面上方爆炸冲击波造成的路面破坏程度和破坏模式进行了模拟.首先,通过对混凝土的光滑面帽盖材料模型在单轴和三轴应力状态下进行模拟以验证材料模型的力学性能,并数值计算了爆炸荷载下混凝土板的响应情况.数值模拟结果显示连续面帽盖模型能够很好地模拟出混凝土的力学性能,数值模拟得到混凝土路面的破坏模式能够反映出实验结果.     

GFRP-钢筋混合配筋混凝土板的抗爆性能

混合配筋混凝土结构将钢筋和纤维复合材料(FRP)筋混合配置于混凝土,可较好地解决钢筋混凝土(SRC)结构的耐久性问题和FRP筋混凝土结构脆性破坏的问题,已广泛应用于土木工程中。为了研究混合配筋混凝土板的抗爆性能,开展了不同比例距离下混合配筋混凝土板和钢筋混凝土板的非接触爆炸试验,对比分析两种板抗爆性能差异和确定混合配筋混凝土板的破坏模式。结果表明：比例距离为0.684 m/kg^1/3时,混合配筋混凝土板位移峰值比钢筋混凝土板位移峰值大19.2%,但残余变形比钢筋混凝土板残余变形小27.3%。引入爆炸恢复指数评估混凝土板爆炸恢复能力,混合配筋混凝土板爆炸恢复指数大于钢筋混凝土板,混合配筋混凝土板有着出色的爆炸后恢复能力。混合配筋混凝土板背爆面破坏出现多条竖向裂缝和板对角线处斜裂缝,而钢筋混凝土板仅出现一条较宽的竖向主裂缝,多条斜裂缝向外辐射。混合配筋混凝土板随着比例距离的减小,破坏模式从整体弯曲破坏发展为整体弯曲破坏和局部混凝土破坏并存。结合试验数据提出混合配筋混凝土板最大支座转角θ的预测公式。为混合配筋混凝土板抗爆设计提供参考。     

接触爆炸下黏土砖砌体墙的抗爆性能

为了研究接触爆炸下黏土砖砌体墙的抗爆性能，采用LS-DYNA有限元软件，以传统单面黏土砖砌体墙为例，建立了黏土砖砌体墙三维分离式细观模型，分析了不同强度接触爆炸载荷下墙体的毁伤和破坏特征。使用两种不同质量的TNT炸药对普通黏土砖墙体在单方向支撑条件下进行了对应的接触爆炸试验验证，并研究其工作机理及响应特性。分析结果表明，随着爆炸载荷的逐渐增加，接触爆炸对墙体的破坏形式主要由中央爆坑以及水平、竖直方向的十字形裂纹的形成，转化为灰缝的层裂、崩落、贯穿以及墙体的错位和倒塌。     

功能梯度点阵夹层结构抗爆性能数值仿真研究

为进一步提高点阵夹层结构的抗爆性能,提出了面板上薄下厚,芯层上细下粗(正向梯度化)的功能梯度点阵夹层结构,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对新结构的抗爆性能进行了数值模拟研究。分别探讨了面板梯度化、芯子梯度化对结构抗爆性能的影响,并对功能梯度点阵夹层结构的各尺寸参数做单因素分析。结果表明,同时考虑面板和芯子的正向梯度化能大幅度提高点阵夹层结构吸能,面板正向梯度化对吸能的贡献比例高于芯子梯度化。此外,由单因素分析可知,上下面板厚度、芯层厚度以及芯杆与下面板之间的夹角对抗爆性能影响很大,芯杆上下截面边长对抗爆性能的影响相对较小。     

钢筋混凝土中爆炸破坏效应数值模拟分析

超高韧性水泥基复合材料(Ultra-High Toughness Cementitious Composites,UHTCC)具有优异的韧性和吸能效果,采用UHTCC和UHPC材料制成的功能梯度板具有优越的抵抗爆炸冲击性能。为了更好地研究UHTCC材料在爆炸荷载下的损伤规律,设计出性能优良的防护结构,该文利用LS-DYNA软件对UHTCC功能梯度板接触爆炸进行了数值模拟。探讨了靶体材料、炸药量、配筋情况、能量吸收层厚度对结构抗爆性能的影响。研究结果表明,UHTCC功能梯度板可以有效减少爆炸荷载下的开坑、震塌以及靶体损伤,同时吸收更多的爆炸冲击波,从而达到优良的抗爆效果。配置拉结筋并合理设置能量吸收层厚度能有效减少靶体损伤。     

灰斗抽气对旋风分离器分离性能影响数值模拟研究

 利用计算流体动力学软件FLUENT对旋风分离器内气固两相流动特性进行三维数值模拟,模拟气相流场采用雷诺应力模型,应用随机轨道模型模拟湍流流场中颗粒的运动轨迹,同时给出了不同抽气率下旋风分离器的速度、压力分布,计算出旋风器分级效率,模拟结果与文献实验数据吻合较好.结果表明,灰斗抽气可以提高锥体内旋转气流切向速度,轴向速度减少能够降低气流携带颗粒返混能力,并减小排气芯管下口短路流,提高旋风分离器分离效率.对于给定的旋风分离器,抽气率应有一最优值.     

异型防爆墙抗空气冲击波的数值模拟

通过对比广泛认可的空气冲击波计算经验公式,验证了运用动力有限元软件AUTODYN 2D进行数值模拟计算冲击波问题的可行性与准确性;运用AUTODYN 2D计算了4种不同形式防爆墙在相同爆源距时各防爆墙的抗冲击波能力,其次计算了随爆源距的减小各种防爆墙的冲击波超压峰值减弱率均值,并对比分析了其变化趋势,得出4种防爆墙中(b)、(c)、(d)型防爆墙的冲击波超压峰值减弱率均值是随爆源距的减小而递增的,防爆效果较好。     

基于构件性能的RC框架-核心筒结构抗震性能研究

钢筋混凝土框架-核心筒结构是目前我国超高层建筑中广泛采用的一种结构体系。以18个满足我国现行规范的典型钢筋混凝土框架-核心筒结构为例,利用Perform-3D软件对模型进行罕遇地震作用下的弹塑性时程分析,并采用基于构件性能的结构抗震评估方法判断结构安全性。结果表明,对于不同设防烈度的地震,7度设防的结构安全度最高,7.5度与8度设防次之。将该评估结果与基于层间位移角的评估结果进行对比分析,进一步论证了基于层间位移角的评估方法尚存在不足之处。     

不同强化管传热特性的数值模拟与实验研究

对横纹槽管、缩放管和螺旋槽管在夹套间进行了传热特性实验,研究了传热效率指标随雷诺数的变化规律.运用FLUENT软件,采用二维轴对称方法和k-ε模型对夹套间流体流动传热进行了数值模拟,并将模拟结果与实验结果进行对比.从场协同的角度研究了速度场与温度场夹角对传热膜系数的影响.     

链枷式排爆装置抗爆性能的仿真与试验研究

为了探究链枷式排爆装置的抗爆性能是否满足作业需求,以ANSYS软件为技术平台,建立了该排爆装置抗爆性能的仿真计算模型。依托该模型,对不同TNT当量、不同爆炸位置等多种工况下排爆装置的抗爆性能进行了分析,得到其结构变形量和速度特性。同时,搭建了链枷式排爆装置的抗爆性能试验台架,通过台架试验验证了仿真模型的可信性,为排爆装置抗爆性能分析评价与结构优化设计提供参考。     

莱洛三角形微孔织构化端面密封性能数值模拟

基于微孔型表面织构在改善机械端面密封性能方面的优势,提出了一种新型的莱洛三角形微孔表面织构,并利用数值模拟方法考察了莱洛三角形微孔织构化端面的密封性能。首先,在动环表面上分别设置圆形、三角形、莱洛三角形三种微孔表面织构。然后,利用GAMBIT软件进行3种微孔织构化密封端面模型网格划分,利用Fluent软件分析密封端面的流场特性并获得其流场压力分布。最后,总结出3种微孔织构化密封端面的开启力、泄漏率和开漏比随织构面积率、孔深、密封间隙、操作压力及转速的变化规律。结果表明：3种微孔织构化密封端面的开启力和泄漏率随着密封参数的变化具有相同的变化规律;当S_p＝10%,h_d＝3～4 μm,h_p<3 μm,p_i<0.3 MPa时,3种微孔织构化密封端面均呈现出较好的密封性能;相比于圆形、三角形微孔织构化密封端面,莱洛三角形微孔织构化密封端面具有较大的开启力和较小的泄漏率,同时具有较大的开漏比。研究成果可为微孔织构化机械端面的密封参数优化设计提供参考。     

逆流填料式溶液除湿器性能的数值模拟

对溶液除湿器中传热传质过程进行热力学分析,根据除湿塔的结构及溶液与空气的流动方式,建立除湿器的热质交换物理和数学模型,模拟计算除湿器人口空气和溶液参数对除湿器出口空气参数的影响,得到各入口参数对出口空气温度和含湿量的影响曲线。结果表明：空气出口参数与空气人口含湿量、温度和流量、溶液人口温度和浓度几乎呈线性变化;当溶液入口流量达到2．5kg／s后,空气出口参数的变化趋于平缓。     

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。