基于LS-DYNA的方孔网格型防爆网防爆性能研究

基于有限元程序LS-DYNA,在验证模型及参数可靠的基础上,对方孔网格型防爆网的防爆性能进行了三维数值模拟.通过计算冲击波超压减小率在防护面上的均值和方差,解决了防爆网防爆性能的量化标准问题.结果表明:防爆网可以有效减小爆炸对建筑的冲击,防爆效果与其和建筑之间的距离以及防爆网孔洞率、孔洞尺寸、厚度有关;适当增加防爆网与建筑之间的距离,可以获得良好的防爆效果;减小孔洞率或保持孔洞率不变的情况下减小孔洞尺寸,也可以提高防爆网的防爆性能;增加防爆网厚度可以有效减小爆炸对建筑的冲击作用,但也会使防爆的均匀性变差,因此通过增加防爆网厚度来提高其防爆性能时应兼顾考虑此两方面的问题.     

爆炸荷载下大空间结构的冲击波压力场分布及泄爆措施研究

应用LS-DYNA有限元程序建立了模拟大空间结构室内爆炸的计算模型,并对大空间结构在爆炸荷载作用下的冲击波压力场进行了数值模拟计算。通过提取结构表面有限测点的冲击波超压并将其POD分解,解决了爆炸荷载的时空差异性问题,得到了大空间结构的爆炸冲击波压力场分布。研究了全封闭大空间结构和屋顶开洞结构的爆炸冲击波压力场分布规律,结果表明:柱壳和拱形屋顶等全封闭大空间结构在爆炸荷载作用下易于产生顶盖冲击波压力场积聚;合适的孔洞布置可有效泄爆;孔洞率相同的情况下,减小孔洞间阻挡材料的宽度可有效减小爆炸对结构的冲击作用。提出了大空间结构的防爆和泄爆措施。     

从微孔洞起始的热冲击裂纹的数值研究——Ⅱ:能量释放率分析

利用商业的有限元软件ABAQUS,分析了具有微孔洞结构氧化铝陶瓷材料在受到热冲击作用下,从处于材料表面上的开口微孔洞以及临近材料表面的闭口微孔洞的底部起始的裂纹扩展。结果表明:对于从开口微孔洞和闭口微孔洞底部起始的裂纹,其能量释放率随冷却时间的变化规律类似,即随冷却时间t由零开始增加,能量释放率也由零开始快速增大,在冷却时间大约为t=0.1 s时,达到其最大值,随后开始降低。另外对于从开口微孔洞底部起始的裂纹,结果发现裂纹的能量释放率随裂纹长度的增加、微孔洞半径的增加而增加,而对于从闭口微孔洞底部起始的裂纹,其能量释放率随裂纹长度的增加、微孔洞半径的增加、以及微孔洞与材料受热冲击面距离的增加而增加。以开口微孔洞底部起始的裂纹为例,研究了裂纹与临近微孔洞之间的作用,发现临近微孔洞的存在可以明显减小裂纹的能量释放率。这些结果对于从材料的微结构角度设计材料的抗热冲击性能有参考价值。     

高能气体冲击载荷作用下高压容器仓排放孔膜片损伤模式及机理研究

针对高压容器仓内高能爆炸气体对排放口膜片结构毁伤模式无法准确有效预估,常出现提前破膜和不破模危险情况,进而对含预制损伤孔洞Q235钢结构膜片在爆炸冲击载荷作用下的宏细观损伤特性进行研究。基于高压爆炸装置,对含预制损伤孔洞Q235钢结构膜片抗爆毁伤效应进行一系列试验研究,结合试验研究结果,探索七孔枪药爆炸冲击载荷能量释放行为与相关参量之间的量化关系,进而为膜片毁伤机理研究提供理论依据,并建立膜片损伤孔洞尺寸与爆炸冲击载荷峰值压力之间的联系规律,最后,基于J-C模型的动态本构关系及失效准则对膜片破坏模式进行数值模拟研究。结果表明,随着爆炸冲击载荷压力地不断增大,含预制孔洞损伤膜片主要呈现均匀性损伤孔洞、边缘性应力集中撕裂、以及剪切冲塞等宏观损伤模式;建立的能量释放关系、以及含预制损伤膜片损伤孔洞尺寸与爆炸峰值压力之间地内在关联为多尺度损伤机理研究提供了量化依据;数值模拟中的膜片破坏形态及损伤孔洞尺寸与试验结果基本吻合,该数值模拟研究可为多尺度试验研究提供借鉴。     

水下爆炸冲击波作用下屏蔽装药的冲击引爆理论和仿真研究

针对水下爆炸冲击波对屏蔽装药的冲击引爆问题展开研究。从理论上建立了水下爆炸冲击波对屏蔽装药的冲击压力计算方法,结合炸药起爆判据,可确定炸药冲击引爆的临界条件;采用AUTODYN仿真软件,对水下爆炸冲击波冲击引爆屏蔽装药的过程进行了数值模拟;分析了主发药量和屏蔽板厚度对炸药临界起爆的影响;采用最小二乘法得到了临界理论起爆判据的参数n、K,与文献中的起爆判据进行对比,在一定范围内符合较好。结果表明:理论计算与数值模拟误差不超过6.75%,说明所建立的理论计算方法是有效的;相同条件下,随着主发药量的增加和屏蔽挡板厚度的减小,水下爆炸冲击波对屏蔽装药的临界起爆距离随之降低。     

试样厚度对夏比冲击试验结果的影响

通过不同温度下的夏比摆锤冲击试验对非标准小尺寸V型缺口冲击试样的冲击吸收能量和侧膨胀值进行了分析,并结合力-位移曲线,研究了试样厚度对冲击试验结果的影响。结果表明:当试验温度高于韧脆转变温度时,冲击吸收能量与试样的横截面积有关,因此与厚度呈线性关系;而低于韧脆转变温度时,冲击吸收能量与试样厚度之间没有明显关系;试样的侧膨胀值、剪切断面率与厚度之间没有直接联系。随着试样厚度的减小,不稳定裂纹扩展起始力越来越小,从而导致冲击吸收能量减小。厚度越大试样吸收的能量越多,冲击过程中所受到的最大力也越大。     

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。     

水下非接触爆炸荷载下某混凝土重力坝损伤预测研究EI北大核心CSCD

水坝是重要的挡水建筑物,其安全与否直接影响到下游人民的生命财产,溃坝产生的后果不堪设想。基于Euler与Lagrange流固耦合算法,并考虑爆炸荷载下混凝土的高应变率效应,运用LS-DYNA软件模拟分析了某混凝土重力坝的水下非接触爆炸损伤情况。探讨了受起爆深度、起爆距离和坝前水位与炸药当量影响时,水下非接触爆炸荷载与坝体损伤程度之间的关系,并拟合得到了该坝体的损伤等级预测曲线。通过该研究得到:起爆深度、起爆距离和坝前水位都是坝体抗爆性能的重要影响因素;上游面损伤位置随起爆深度增加而向坝体底部相应移动,起爆深度越大越不易形成贯穿性损伤,近距离起爆对坝体的损伤更为严重,低水位爆炸能够有效减小坝体损伤以提高坝体的抗爆能力。战争发生时可以采取提前放空库水、防止炸弹入水爆炸和防止炸弹接近坝体等方式使坝体的爆炸冲击损伤降到最低。研究成果能够预测坝体遭受水下非接触爆炸荷载时的损伤程度,为政府决策提供一定依据。     

钢板-泡沫铝-钢板新型复合结构降低爆炸冲击波性能研究

泡沫铝材料具有减振和吸收冲击能量的特点,但是单一的泡沫铝材料强度较低.为降低爆炸冲击荷载对框架底层柱的破坏,在两层钢板中间添加一层泡沫铝材料以构成多层复合抗爆结构,从而实现防爆和衰减冲击波的功能.当爆炸冲击波作用到复合结构时,泡沫铝产生塑性变形被压实,由于泡沫铝冲击波阻抗比较低,能够大大地削弱应力波的强度.在这个过程中,空气冲击波能量被减小,和单层材料相比,防爆能力得到提高.在研究过程中,主要进行了理论研究和LS-DYNA有限元动力分析,计算结果表明钢板-泡沫铝-钢板复合结构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.     

密闭空间内三种防爆隔墙的减爆吸能效应分析

通过墙体的变形来耗散爆炸能量,可以有效地减轻爆炸冲击波对目标的破坏作用。采用一维应力波理论分析比较钢板夹泡沫铝、钢板夹聚氨脂和钢板夹混凝土三种防爆隔墙的减爆吸能效应,并运用ANSYS/LS-DYNA有限元程序对三种墙体在爆炸冲击波作用下的减爆吸能效应进行数值模拟。研究结果表明:钢板夹泡沫铝的防护效应最好,钢板夹混凝土次之,钢板夹聚氨酯最差。防护效应随着测点到防爆隔墙距离的增加而增大。防爆隔墙的减爆性能不仅与防爆隔墙的变形程度有关,还与防爆隔墙的自身强度有关。     

复合材料拉挤方管型材螺栓节点承载力试验

复合材料型材是采用工业化拉挤工艺生产的截面形状一致、性能稳定的连续构件（如：方形、工字形、槽形等）,其节点连接技术是难点。重点开展了复合材料型材节点螺栓机械连接的试验研究与理论分析,研究了螺栓节点孔径、端距、壁厚等参数对复合材料型材节点极限承载力的影响规律,提出了拉挤复合材料型材螺栓孔的金属垫圈孔壁增强技术,进而拟合了拉挤型材螺栓节点连接的设计公式。研究结果表明：复合材料方管拉挤型材在螺栓连接局部挤压的破坏模式下,其极限承载力与孔径和板厚的乘积（d·t）呈线性关系,接头处的破坏形式和连接接头端距与孔径的比值相关。在挤压破坏模式下,当接头板件壁厚一定时,极限承载力的增量随着孔径的增大而减小。螺栓孔采用金属垫圈增强技术,可以大幅度提高节点承载能力（提高63%）。     

T2铜箔空化射流柔性微冲裁机理分析

目的 分析针对不同形状特征时空化射流箔材微冲裁工艺的加工效果,确定工艺参数的影响规律。方法 通过在3种模具（正三角形、正六边形以及圆形模具）下设计6种特征尺寸,分析空化射流对不同厚度T2铜箔的冲裁加工效果,同时通过单因素实验法确定空化射流的入射压力、喷孔直径以及靶距3种工艺参数对微冲裁加工能力与成形质量的影响规律,记录不同工艺参数下T2铜箔的最大可冲裁箔厚。结果 T2铜箔的最大可冲裁箔厚与凹模特征尺寸之间存在线性关系,并且入射压力的增大可显著提高空化射流微冲裁工艺的最大可冲裁箔厚,然而,过大的喷孔直径与靶距均会造成最大可冲裁箔厚下降。通过对实验结果进行表征,发现正多边形冲裁件在边角处会出现裂纹、撕裂等缺陷,而圆形冲裁件的冲裁轮廓无明显缺陷,冲裁质量较好。结论 空化射流柔性微冲裁工艺对正多边形冲裁件边角处的加工效果较差,但加工的圆形冲裁件具有良好且均匀的轮廓质量。该工艺的加工能力随入射压力的提高而提高,且在靶距为120 mm、喷孔直径为1.6 mm时较优。     

Study on life and path of fatigue cracks in multiple site damage plates

This paper presents experimental and numerical study of the fatigue crack growth of hollowed pre-notched plates with multiple site damages (MSD). The numerical analyses were performed using finite element method. Experiments were carried out to validate the numerical results. Fatigue tests of aluminum sheets with MSD cracks were conducted to evaluate the effects of some parameters such as the thickness, hole diameter and central distance of the holes. The results show that the distance of the holes has greatest and size of the hole has little effects on the fatigue lives. Nucleation of cracks strongly depends on the thickness, distance and hole size.     

圆钢管再生混凝土柱抗震性能与影响因素分析

为了研究圆钢管再生混凝土柱的抗震性能,以再生粗骨料取代率、长细比、轴压比和含钢率为变化参数,设计10个圆钢管再生混凝土柱试件进行低周反复加载试验,观察了其破坏过程及形态,获取其荷载-位移滞回曲线。基于试验实测数据基础,深入分析了各变化参数对强度、刚度、位移延性和耗能系数等抗震性能指标的影响规律。研究结果表明:在破坏形态上,钢管再生混凝土柱与普通钢管混凝土柱相似,均表现为底部钢管鼓曲、混凝土被压碎。钢管再生混凝土柱的滞回曲线饱满,其形状从梭形发展到弓形。钢管再生混凝土柱的各项抗震性能指标能满足现有抗震规范要求,在地震区推广应用钢管再生混凝土柱可行。随着长细比的减小,试件耗能系数减小,而其他抗震性能指标增加。除刚度随轴压比的减小而减小外,其他抗震性能指标对现有的设计参数变化范围并不敏感。试件壁厚优势在强度、弹性阶段刚度和破坏点耗能系数等方面表现较为显著。     

基于新型测试装置的网孔板层开孔率对纤维厚度方向渗透率的影响

纤维预成型体厚度方向渗透率的准确表征是液体模塑成型工艺制备大厚度复合材料计算机优化的关键。网孔板层是布置在试样上下表面、用于控制纤维厚度并防止纤维变形的刚性构件，其开孔率是纤维厚度方向渗透率K_z测量中的重要表征参数。本文首先通过实验对用于控制纤维预成型体厚度的垫圈进行校正；然后在排除纤维体积分数误差的前提下，通过金属网增大网孔板层的开孔率，测量缎纹织物SW220C-100b在不同压力和纤维体积分数下的K_z，提出有效计算面积的概念并得到其变化规律；最后，基于测试结果，研究注射压力和纤维体积分数对K_z的影响。结果表明:有效计算面积随着注射压力和纤维体积分数的增加而减小；纤维体积分数的增大会减小织物的K_z值，网孔板层开孔率的增大会减小注射压力对K_z的影响。      

高轴压比、低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙拟静力试验研究

双钢板-混凝土组合剪力墙可减小墙体厚度、提高承载力和延性,为研究双钢板-混凝土组合剪力墙高轴压比下的抗震性能,完成了5个剪跨比为1.0的双钢板-混凝土组合剪力墙试件的拟静力试验,研究了剪力墙在低周往复荷载作用下的受力性能和破坏模式等,分析了轴压比、距厚比等因素对抗震性能的影响。试验结果表明：低剪跨比试件发生弯剪破坏;墙体钢板在平均位移角1/83时发生局部屈曲,初始屈曲形态受距厚比影响显著;试件峰值荷载、位移延性系数、刚度等受轴压比、距厚比的影响较小;试件平均极限位移角达1/72、平均有效破坏位移角达1/52,具有良好的变形能力;距厚比增大,试件滞回性能稳定性降低;试件耗能随变形增大而迅速增长,抗震性能良好。建议低剪跨比双钢板-混凝土组合剪力墙轴压比限值取0.7。     

复合材料开口缝合补强结构力学性能实验研究

对复合材料开口缝合补强结构进行了实验研究,测试了不同缝合参数(针距、行距、边距、单重和双重缝合)补强的含孔复合材料层板的拉伸强度,研究了孔边应力集中、应变集中对强度、刚度等力学性能参数的影响,分析讨论了孔边及邻近区域应变集中及应变分布的规律,比较全面地揭示出不同缝合参数补强的试样孔边应变随载荷的变化规律。结合实验结果和分析讨论,给出较为合理的孔口缝合补强设计参数。     

钢板夹薄壁钢管组合板抗接触爆炸数值模拟

为了提升钢板夹薄壁钢管组合板抗爆性能,有效减轻接触爆炸对防护结构的破坏,对钢板夹薄壁圆钢管组合板和钢板夹薄壁方钢管组合板,采用ANSYS/LS-DYNA软件进行接触爆炸数值模拟。取1kgTNT炸药,选择t=400μs时,分析该2种钢管组合板在接触爆炸作用下的抗爆吸能效果。结果表明:钢板夹薄壁方钢管组合板整体弯曲强于圆钢管组合板,但局部变形能力弱于圆钢管组合板;方钢管组合板变形输出的内能值小于圆钢管组合板,且不受钢管壁厚和数量变化影响,防护效果弱于圆钢管组合板;随着方钢管截面尺寸的减小,整体跨中挠度增加,破口直径增大,吸能减小,输出内能值增大,且不受壁厚和数量变化的影响,抗爆性能增强。同时,通过3组钢板夹薄壁钢管组合板参数对比分析后得知,在钢管数量为3,钢管壁厚2mm时,抗爆能力相对于其他工况下增大的较多,此结果可为工程实践提供参考。     

聚氯乙烯基混合吸声材料的研究

将聚氯烯及其共混发泡材料与无机吸声材料混合,研制了一种新型吸声物材料,其平均吸声系数为0．5左右,尤其是中低频吸声性能,明显优于其它吸声材料,文中讨论了厚度,容重,无机物含量及粒径分布等因素对吸声性能的影响,并对瑞利模型基础上建立了吸声系数与存度关系的数学模型。     

An analytical model of hole size in finite plates for both normal and oblique hypervelocity impact for all target thicknesses up to the ballistic limit

This paper presents, for the first time, a single comprehensive analytical model for the hole size produced by hypervelocity impact into finite plates. This model is based on experimental data for 2017 aluminum spheres impacting 2014, 2024 and 6061 aluminum plates.

The significance of this model is that it spans the entire range of target thickness from very thin to very thick, which makes it possible to determine when the impact conditions are those of thin target behavior (where the hole size increases with increasing target thickness and debris formation and damage is important) and when the impact conditions are those of thick target behavior (where the hole size decreased with increasing target thickness and the debris formation is significantly decreased). The model makes it clear that the target thickness that divides the thin target regime from the thick target regime is a function of velocity. This means that an impact configuration which exhibits thick target behavior at common experimental velocities could actually exhibit thin target behavior at velocities in the tens of kilometers per second such as that of meteroid impacts. This hole size model also includes the effects of oblique impact and computes both the major and the minor diameters of the hole.

This paper also raises, for the first time, the possibility that the commonly accepted models for crater diameter (and by implication those for penetration depth as well), which are taken to be a power function of velocity, might be wrong. Only a linear dependence on velocity for the crater diameter is consistent with the linear velocity dependence of this and all other accepted models of hole diameter in finite plates. If this is correct, it would raise questions about the validity of using any target damage computer models, that are based on the old crater modeling equations, to extrapolate to higher velocities.