不同结构类型棚洞的抗冲击性能研究

借助ANSYS/LS-DYNA有限元软件模拟棚洞结构在落石冲击荷载下的动力响应过程,通过分析比较5类棚洞结构的受力与变形的特征,研究不同结构类型的抗冲击性能。研究表明:不同结构类型棚洞在同等冲击作用下会有不同的动力响应,全拱式和半拱式棚洞的抗冲击性能比门式有优势,斜柱式比直柱式抗冲击性能好;门式和半拱式棚洞的柱体顶部内侧与顶板交接处,全拱式棚洞的拱柱底部是最大等效应力的集中部位,实际工程中可采取局部加强措施,保证结构的安全性。     

柔性棚洞结构落石冲击数值模拟与试验研究EI北大核心CSCD

提出一种适用于铁路线路落石防护的新型柔性棚洞,利用金属柔性网和弹簧撑杆组成柔性耗能结构取代传统钢筋混凝土棚洞顶部铺设的砂、砾石垫层来达到缓冲消能目的。为准确评估该柔性棚洞结构的性能,采用动力有限元方法对其落石冲击过程进行了数值模拟,计算结构动力响应,并依据计算结果修正、优化结构设计;进一步开展1∶1结构局部模型落石冲击试验;测试得到冲击时长、金属柔性网最大挠度、支撑绳索力和弹簧撑杆轴向应变数据。经试验验证,数值计算结果可靠,在能级为50 k J的落石冲击作用下,结构主要构件均处于弹性工作状态。最后,针对存在的问题给出改进建议。     

柔性棚洞结构落石冲击数值模拟与试验研究

提出一种适用于铁路线路落石防护的新型柔性棚洞,利用金属柔性网和弹簧撑杆组成柔性耗能结构取代传统钢筋混凝土棚洞顶部铺设的砂、砾石垫层来达到缓冲消能目的。为准确评估该柔性棚洞结构的性能,采用动力有限元方法对其落石冲击过程进行了数值模拟,计算结构动力响应,并依据计算结果修正、优化结构设计;进一步开展1∶1结构局部模型落石冲击试验;测试得到冲击时长、金属柔性网最大挠度、支撑绳索力和弹簧撑杆轴向应变数据。经试验验证,数值计算结果可靠,在能级为50 k J的落石冲击作用下,结构主要构件均处于弹性工作状态。最后,针对存在的问题给出改进建议。     

预应力陶瓷组合结构的抗侵彻性能研究

为了满足陶瓷防护结构的轻量化、高韧性的要求，需要采用新型复合结构来提高其在抗侵彻过程中的能量耗散效率。设计了一种预应力型陶瓷组合结构，即应用弹簧施加预应力，将陶瓷、金属边框组合成防护基元，组合防护基元形成预应力陶瓷组合结构。由于进行相关试验比较困难，该文章使用ABAQUS软件进行建模和数值模拟分析。基于量纲分析方法设计了5种速度、5种预应力下组合结构的侵彻数值计算方案，研究预应力对于该组合结构抗侵彻性能的影响规律。结果表明：随着预应力的增加，子弹的残余速度逐渐减小，新型防护结构的抗侵彻性能逐渐提升；并分析了惯性效应、强度效应、变形特性以及预应力相关的无量纲参量的影响规律，提出了该结构在高速冲击下残余速度的表达式。该研究中预应力的引入对新型陶瓷防护结构抗侵彻性能的设计具有较好的参考意义。     

碎屑流冲击棚洞的最大冲击力影响因素研究

棚洞是山区用于保护交通路线免受碎屑流冲击破坏的一种常见防护结构。为了研究碎屑流对棚洞最大冲击力的影响,建立了碎屑流冲击拦挡结构的DEM-FEM耦合数值模型,研究了碎屑流的整个冲击过程,分析了最大冲击力与碎屑流密度、冲击高度、坡度之间的关系,并与室内模型试验结果进行了对比,表明该耦合方法可行。研究结果表明:①耦合模型再现了碎屑流启动加速、冲击、堆积的三阶段过程,摩擦耗能是整个冲击过程中最主要的耗能方式;②最大冲击力与碎屑流密度、冲击高度和坡度依次呈线性、幂函数(指数小于1)和幂函数(指数大于1)正相关;③碎屑流的密度、冲击高度、坡度对最大冲击力的敏感度值分别为1.0,0.63和2.68,在棚洞设计时应优先考虑敏感度值大的影响参数。     

落石被动柔性防护网冲击力学响应的参数化研究

针对落石被动柔性防护网的试验检验仅采用特定冲击条件，未能有效反映实际可能存在的最不利工况，从而导致通过试验检验的产品在实际工程应用中未能有效实现预期防护目标的现状，采用数值计算方法对不同参数条件下落石被动柔性防护网的力学响应开展了深入研究。首先，基于LS-DYNA软件，反演了某配置有辅助支撑绳的5 000 kJ落石被动柔性防护网的足尺冲击试验，对比分析了缓冲距离、关键绳索内力及耗能器伸长量，校验了计算模型。在此基础上，分别针对跨数、落石冲击位置、柱端滑移特征对被动柔性防护网支撑绳内力、钢柱内力及缓冲距离等力学响应的影响开展了参数化分析。结果表明：跨数对被动柔性防护网力学响应影响较小；相同冲击条件下，边柱内力是中柱的2倍以上，且受冲击位置影响显著，边跨冲击最为最不利，通过标准试验检验的系统在边跨受到冲击时边柱仍可能屈曲；柱端滑移摩擦因数的增加使得支撑绳内力增长显著，建议支撑绳设计时安全系数不小于2.0。     

钢筋混凝土柱式墩落石冲击抗剪性能可靠性分析

建立一种基于可靠度理论的落石冲击作用下钢筋混凝土柱式桥墩抗剪性能可靠性分析方法。在数值分析方法可靠性验证基础上通过非线性有限元分析生成了60组落石-墩柱接触力时间过程数值样本,考虑等冲量和等峰值建立落石撞击荷载的简化半波正弦模型;以Priestley公式描述墩柱抗剪能力,以剪力破坏参数定义墩柱损伤等级,通过蒙特卡洛随机抽样得到各撞击强度下结构失效概率,进而得到易损性曲线,进行了落石质量、撞击速度、墩柱截面面积、混凝土轴心抗压强度和箍筋配筋率参数敏感性分析。结果表明,数值模型参数能够有效模拟钢筋混凝土构件落石冲击响应;相比于全局平均等效静力,峰值等效静力方法更适用于落石冲击荷载等效静力简化;落石质量和撞击速度增加不同程度增加墩柱抗剪失效概率,混凝土轴心抗压强度提高、墩柱截面面积增加和箍筋加密一定程度上降低墩柱各个等级损伤发生概率。     

侧向撞击荷载下FRP管-混凝土-钢管组合梁抗撞性能的理论分析模型

基于ABAQUS有限元软件为平台建立了FRP管-混凝土-钢管组合结构在低速侧向撞击荷载下的有限元计算模型,该模型计算结果与现有试验结果对比后吻合良好,能够较好地模拟FRP管-混凝土-钢管组合结构在侧向撞击作用下的性能。同时利用该模型进行了有限元参数分析,通过改变冲击能量和空心率来分析它们各自对该组合结构撞击性能的影响。得出的结论是冲击能量对该组合结构跨中极限挠度影响显著,但冲击力平台值却几乎不变;空心率对该组合结构抗撞击性能影响较大,尤其是当空心率在0.6~0.8范围内时组合结构展现出良好的抗撞击性能,且当空心率χ=0.7时,FRP管-混凝土-钢管组合结构表现出的抗冲击力学性能最好。这些研究对进一步开展FRP管-混凝土-钢管组合结构的抗撞击性能研究提供了一定的参考依据。     

舰员抗冲击地砖动力学分析

抗冲击地砖具有超弹性大孔隙率蜂窝薄壁结构。建立抗冲击地砖的周期性薄壁结构单胞模型，进行冲击响应分析。结果表明，抗冲击地砖在压缩过程中具有明显的应变平台期，能够在一定载荷范围内提供足够的支撑刚度；在载荷强度达到一定值时，该结构能够被迅速压溃，产生瞬态大变形而吸收冲击能量。因此，抗冲击地砖是一种理想的舰员冲击防护手段。     

钢铅组合耗能器力学性能试验研究

为了设计具有竖向耗能能力的抗倾覆装置,介绍了一种钢铅组合耗能器。通过对其静力、动力、电液伺服动静万能试验机实验结果的分析,表明该阻尼器能够使钢铅两种材料协同工作、共同耗能,具有制作工艺简单,能够满足位移小、阻尼大,耗能稳定的要求。通过分析还给出了耗能器的力学性能和恢复力模型。对大高宽比隔震结构的仿真计算分析表明,安装钢铅组合耗能器的抗倾覆装置具有一定的耗能能力,并能够避免结构倾覆。