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。     

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。     

冲击荷载作用下内嵌泡沫铝耗能节点试验

为吸收爆炸时产生的爆炸能量以及减少建筑物所受到的爆炸荷载,提出一种连接防爆幕墙和建筑物的内嵌泡沫铝新型耗能节点.通过冲击试验对这种节点的耗能性能进行试验研究,探究了泡沫铝填充、折板厚度等参数对此节点构件耗能性能的影响.试验结果表明:冲击过程中泡沫铝填充的耗能节点试件,其受压阶段包括弹性、塑性和致密化阶段,可通过钢折板塑性变形以及泡沫铝受压密实过程实现冲击能量的吸收与消耗,而无泡沫铝填充的节点试件仅依靠折板塑性变形转动耗能.在试验结果基础上,利用LS-DYNA有限元软件建立了耗能节点构件的精细化有限元模型,并对冲击试验结果进行了验证,得到了吻合程度较好的力-位移曲线.试验和有限元分析表明,内嵌泡沫铝新型节点构件耗能性能优良,泡沫铝填充可以明显改善此类耗能节点的耗能性能.     

波纹圆管状金属耗能器在棚洞工程中的耗能机理研究

在棚洞工程的顶板与梁之间布设耗能器能大幅度提升棚洞工程抗冲击能力。为此,提出一种新型波纹圆管状金属耗能器,通过将圆管状耗能器的外壁加工为波纹状结构达到降低初始屈服载荷,稳定耗能器屈曲阶段及提升耗能器吸能效率的目的,最终增强棚洞工程抵抗滚石冲击的能力。对不同参数的波纹圆管状耗能器实物模型采用压缩试验并开展力学分析,引入动力有限元对压缩过程进行模拟并与物理模型试验进行对比验证;开展滚石冲击不同缓冲形式棚洞的动力响应研究,通过对棚洞顶板挠度、受冲击时棚洞的支座反力及不同耗能器的吸能总量的对比分析,揭示耗能器缓冲作用机理。结果表明：与圆管耗能器相比,波纹圆管状耗能器可降低初始屈服荷载至1/3左右,并更易以轴对称破坏的形式稳定屈曲破坏。数值模拟实例表明：当棚洞受到滚石冲击时,波纹圆管金属耗能器的有效屈曲可使棚洞顶板最大挠度值降低约47%;同时随冲击能量大小的变化不同程度地降低棚洞对其地基的压力,并可一定限度地减小棚洞结构之间产生的振动,而波纹圆管状金属耗能器的耗能总量远高于常用的圆管金属耗能器。因此,在棚洞工程中引入波纹圆管状金属耗能器可达到提升整体棚洞工程抵抗滚石冲击的目的。     

都（江堰）—汶（川）高速沙坪大桥桥面柔性滚石防护技术研究

沙坪大桥是都汶高速公路沙坪隧道出口跨岷江大桥,受隧道出口段高陡边坡危岩影响,严重危害桥面及行车安全,需要对沙坪大桥桥面进行滚石灾害防护。提出了一种新型柔性轻钢结构滚石防护棚洞,它由钢拱圈、支撑钢管、双层柔性防护网以及拱圈支座金属耗能器、拱圈橡胶垫层共同组成,通过动力有限元计算与模拟进行结构优化,确保给定滚石冲击能量下拱圈支座响应力小于桥面T型梁翼缘板的抗冲切强度,在此基础上进行了新型柔性滚石防护棚洞结构设计并付诸实施,目前工程已经竣工验收并投入使用,对确保都汶高速公路顺利通车和行车安全发挥了积极作用。     

泡沫铝叠片的压缩性能与高 gn 值冲击吸能研究

对不同密度、孔隙率、孔径的泡沫铝叠片进行了静态压缩试验, 通过试验现象和结果研究了泡沫铝叠片的缓冲吸能本领. 对采用泡沫铝叠片保护侵彻过程中弹载存储测试电路模块进行了初步的理论分析. 实验和理论研究表明 泡沫铝叠片在准静态下具有良好的缓冲性能, 利用它对测试电路模块进行保护是可行的.     

不对等射流空中碰撞扩散消能研究

本文在总结挑流碰撞消能已有研究成果的基础上,提出射流空中碰撞消能的主要作用在于分散水流,用小股射流碰撞大股主射流,可以使主射流充分分散,达到消能目的。通过模型试验,分析了不对等射流的水力特性,研究了满足消能需要的最小流量比,从而提出了不对等射流空中碰撞消能的新思路,并为创造这一新的消能方式打下了初步基础。     

岩石变形破坏过程中的能量传递和耗散研究

岩石变形破坏的过程是和外界产生能量交换的过程.从理论上分析了用能量方法研究岩石破坏问题的合理性,以及岩石在变形过程中弹性能、塑性能、表面能、辐射能、动能之间相互转化的过程、计算原理、以及对岩石破坏所起的不同作用.并分别从宏观和微观的角度研究了在不同的变形阶段中岩石能量耗散与释放问题.在宏观上,岩石变形前期以弹性应变能的方式存储外界提供的能量,同时又通过损伤演化等向外界耗散能量;变形的后期以剧烈的能量释放为主.微观上,存在多种引起岩石应变硬化和应变软化的机制,岩石存储能量还是向外界释放能量取决于这些微观机制竞争的最后结果,基于此推导了岩石变形中能量的传递方程,用试验研究了能量的转化和平衡,以及耗散能和释放能之间的比例关系.结果表明能量耗散导致岩石强度的降低,而能量释放是造成岩石灾变破坏的真正原因.从能量耗散与释放的观点研究岩石的破坏,可以从本质上把握岩石变形和破坏的物理机理,寻找岩石破坏的真正原因,为实际工程提供参考.     

表中孔水舌空中碰撞消能试验研究

通过模型试验，研究了碰撞角和流量比与碰撞消能效果的关系，提出射流碰撞的主要作用在于分散水流，在确定流量比是不必拘泥于流量比等于1的传统思路，采用小股射流碰撞大股主射流，同样能起到分散水流的作用，改善下泄水流进入水垫塘时的入流条件，从而提高碰撞消能效果，试验表明，在碰撞角较大时，中表孔流量经达到0．2时即可使水舌充分散裂。     

表中孔水舌空中碰撞消能率的另一计算方法

本文根据动量定理及上下游水流总能量守恒提出了一种新的表、中孔水舌空中碰撞消能率的计算方法,所给公式概念清楚,较真实地反映了工程实际,并结合模型试验给出了一个算例。     

铅盘阻尼器耗能减震的性能研究

本文基于结构被动控制的理论基础上,研制了铅盘阻尼器,阐述铅盘阻尼器的构造和材料组成.通过ABAQUS分析铅盘阻尼器的滞回曲线及其耗能性能,对比不同盘叠加数、盘间距,使其滞回曲线越近饱和,达到最佳耗能减震效果.     

落石冲击对山区桥梁墩柱破坏的影响

为了研究落石冲击作用对山区桥梁墩柱破坏的影响规律,采用Holmquist—Johnson—Cook损伤本构模型构建了数值模型,并展开非线性显式动力分析,基于能量守恒原理检验了计算结果的数值稳定性。考虑了落石冲击高度、冲击速度、水平冲击角度和落石直径等影响因素,从体积损伤率和墩柱位移两个角度研究了各种因素对墩柱冲击破坏的影响。数值模拟结果和试验测试的加速度历程、破坏特征进行了对比,证明了数值模拟的合理性。研究结果表明,HJC本构模型能较好模拟钢筋混凝土墩柱在落石冲击作用下的破坏发展,在高能量冲击作用下,石块直径和冲击速度对墩柱破坏影响相对较大。     

消能减震在基于性能的抗震设计中的研究

消能减震设计是基于性能抗震设计的一个实现手段,它是传统的抗震设计的深化,代表了未来抗震设计的发展方向.通过对结构体系的动力计算模型的分析,得出阻尼比对结构的影响至关重要,以简化的方法计算结构的等效阻尼比.通过算例,对钢筋混凝土规则框架进行基本性能目标与重要性能目标的消能减震时程分析.实例分析证明,安装阻尼器后的结构,位移、加速度和层间位移角明显减小,并从投资效益方面作了对比,说明消能减震技术具有较大的实用性.     

对冲消能率几个影响因素的分析

本文通过量纲分析和试验研究,初步探讨了圆塔泄流两水股对冲消能率η与水股碰距ι,平面夹角θ,坎口挑角α以及坎口水流佛氏数F,之间的关系。本文还对四水股相互碰撞的情况进行了初步研究。这对解决工程实际问题有重要意义。     

层合板在低速冲击载荷作用下本构方程的研究

纤维增强复合材料层合板的冲击响应是一个兼有几何非线性、材料非线性、接触非线性的复杂过程。本文采用连续介质力学,对层合板的运动、变形进行描述,给出了冲击系统的有限元列式。在此基础上,通过建立壳局部坐标系与参考坐标系之间的转换矩阵,导出有限应变低阶壳单元在显式分析中的应力更新方法,为进一步研究复合材料的动态力学行为提供一个新思路。