Conwep算法和压力时程曲线荷载施加法在爆炸毁伤分析中的适用性

为给大型结构毁伤研究提供技术支撑,应用显示动力学有限元软件ANSYS/LS-DYNA,以加筋板毁伤实验为依据,分别采用Conwep算法和压力时程曲线荷载施加法将爆炸荷载施加到加筋板模型上,将两种方法的数值模拟结果与实验结果进行对比,并从受爆结构单元、荷载施加范围以及结构位移与速度3个角度分析两种方法的适用范围和局限性.结果 表明:应用Conwep算法得出的数值模拟结果与实验结果的相对误差不大于5.15％;应用压力时程曲线荷载施加法得出的数值模拟结果与实验结果的相对误差不大于5.46％,均满足工程要求.因此两种方法均可作为爆炸荷载施加方法.     

爆破震动场动力有限元模拟中爆破荷载的等效施加方法

比较了,应用LS—DYNA软件进行爆破震动场数值模拟时的几种不同计算方法的优缺点．结合各方法的特点及爆破震动场模拟的要求,提出了爆破荷载的等效施加方法,即将作用在炮孔壁上的爆破荷载依据圣维南原理等效后,施加在同排炮孔联心线或者面上,以模拟爆炸作用．数值模拟结果表明,不同的爆破荷载施加方法对应的数值模拟结果在近区存在一定差异,但在中远区吻合得较好．因此,使用施加等效爆破荷载的方法对中远区的爆破震动场进行数值模拟是可行的,且该法极大地降低了计算耗费．     

爆炸荷载的数值模拟及近爆作用钢筋混凝土板的动力响应

采用AUTODYN软件对自由空气中爆炸荷载进行了数值模拟,分析了空气网格尺寸和求解算法对爆炸荷载模拟结果的影响,并与经验预测和TM5-1000值进行了比较分析.研究结果表明,空气单元网格尺寸对爆炸冲击波峰值超压有着显著的影响,对冲量也有一定的影响;Euler-FCT算法较Euler-G算法提高了爆炸荷载的模拟精度,通过增加装药量,可以得到与实际值较吻合的模拟结果.同时采用流固耦合数值模拟方法进行了近爆作用下钢筋混凝土板的动力响应分析,较合理地展现了钢筋混凝土板从混凝土开裂、碎片形成、部分钢筋屈服到板局部震塌破坏的动态演变过程.     

爆破震动场动力有限元模拟中爆破荷载的等效施加方法

比较了应用LS-DYNA软件进行爆破震动场数值模拟时的几种不同计算方法的优缺点.结合各方法的特点及爆破震动场模拟的要求,提出了爆破荷载的等效施加方法,即将作用在炮孔壁上的爆破荷载依据圣维南原理等效后,施加在同排炮孔联心线或者面上,以模拟爆炸作用.数值模拟结果表明,不同的爆破荷载施加方法对应的数值模拟结果在近区存在一定差异,但在中远区吻合得较好.因此,使用施加等效爆破荷载的方法对中远区的爆破震动场进行数值模拟是可行的,且该法极大地降低了计算耗费.     

地下爆炸对埋地输气管道冲击响应的数值分析

通过适当选取材料本构关系,运用非线性动力学基本理论和ALE算法,利用Ls.DYNA3D有限元程序,对爆炸地冲击作用下引起埋地输气管道的动力响应问题进行了数值模拟分析.通过埋地管道在2组共lO个工况下的数值计算分析,拟合了埋地管道响应(包括速度和动应力)最大值和装药量、爆心与管道中心距离之间的关系.模拟计算结果与经验公式规律十分吻合,表明采用数值模拟方法研究爆炸地冲击对埋地管道的作用是可行的.计算方法为埋地管道在第三方破坏荷载作用下的风险评估提供了一个计算平台,计算结果对埋地输气管道的风险评估和防灾减灾具有重要的参考价值.     

爆炸冲击波作用下建筑结构动力特性的数值模拟与试验

利用ALE算法和炸药爆轰产物JWL状态方程,采用动力分析有限元程序LS-DYNA3D,对2层框架结构建筑物在爆炸冲击波作用下的动力特性进行数值模拟,并通过结构模型的爆炸试验,得出不同位置处质点压力和加速度时程曲线.研究表明,数值模拟与现场试验结果基本吻合,汽车炸弹在近距离爆炸时对建筑物的破坏威胁较大.     

大型浮顶储油罐爆炸动力响应及破坏机理

为研究大型浮顶储油罐结构在可燃气体爆炸作用下的变形破坏机理,根据Von Mises屈服条件和强度理论,建立了储油罐结构在爆炸荷载作用下的广义屈服函数和失效破坏准则,利用显示非线性动力有限元软件LS-DYNA,采用ALE流固耦合算法,对爆炸作用下容积为15×10⁴ m³的大型浮顶储油罐结构的罐壁位移、加速度、应力、应变等动态力学响应进行了数值模拟,计算结果表明:浮顶油罐的失效破坏模式为迎爆面顶部罐壁产生内凹塌陷和屈曲变形,迎爆面中部驻点区首先屈服并带动相邻部分达到屈服状态,同时在变形区周围明显形成不规则的塑性铰环,导致罐壁产生内凹屈曲．爆炸作用下,罐内液体既对罐壁产生一定的冲击作用,也能吸收和耗散部分爆炸能,储罐内液面较高时能提高油罐结构的抗爆能力．     

交通荷载作用下高填方涵洞动力响应研究

通过建立高填方路堤下拱涵数值模型,对拱涵修筑和路堤填筑过程进行了模拟.在道路顶面沿纵向施加循环交通荷载,探究拱涵在交通荷载作用下的受力与变形的动力响应.着重论述了荷载循环次数、荷载大小以及行车速度对拱涵动力响应的影响.结果表明:在交通荷载作用下,拱圈结构受力较大,为拱涵最薄弱的位置;当荷载循环次数大于8次时,路面沉降与涵顶垂直土压力趋于稳定;涵顶土压力随交通荷载的增大而逐渐增加;行车速度对涵顶垂直土压力和基底土压力影响较小.     

爆炸荷载作用下多层道面体系动力响应的三维数值模拟

为解决现场爆炸试验成本较高且无法系统研究各层材料对多层道面结构抗爆性能影响的问题,采用LSDYNA软件对爆炸荷载作用下多层道面体系的动态响应进行了三维数值模拟.采用混凝土损伤材料模型模拟多层道面体系中混凝土类材料的动力特性.通过室内动力和静力实验,对材料模型的主要参数进行验证和确定,包括界面特性和各层材料的动力增长因数.根据多层道面体系的现场爆炸试验结果,通过比较其破坏形式、炸坑直径、加速度以及压力值对该数值模型进行了校核和验证.研究结果表明:提出的考虑界面性能和动力增长因数的三维数值模型能够较准确地模拟多层道面体系在爆炸荷载下的真实特性,且验证后的模型可进一步应用于研究不同因素对新型多层道面体系在不同爆炸荷载作用下抗爆性能的影响.     

框架结构在制导爆炸荷载作用下的毁伤效应

为了研究精确制导武器对框架结构的毁伤效应和破坏规律。基于ANSYS/LS-DYNA非线性动力有限元程序理论,考虑炸药、空气及其与结构的耦合作用,采用适合于处理大变形问题的ALE流固耦合算法,建立了框架结构整体的数值计算模型。对导弹爆炸荷载作用下框架结构的爆炸破坏过程进行了数值模拟,其结果较好地反映了爆炸毁伤作用过程。对框架整体的毁伤效应进行了分析,得到结构毁伤破坏规律;研究了毁伤效应对炸药量、起爆点位置以及结构延性等因素的敏感性,其中爆点位置是影响结构毁伤程度最敏感的因素。研究结果可为建筑物毁伤效应评价准则的建立提供一定的支持。     

爆炸冲击波的环流效应数值模拟研究

利用任意拉格朗日欧拉（ALE）算法和炸药爆轰产物的JWL状态方程。针对有障碍物阻档时空气冲击波的环流现象进行数值模拟，得到在爆源周围有障碍物时爆炸场初始发展、环流情况及整个传播过程，并分析了空气冲击波的环流规律。研究结果表明，所采用的方法可以很好地描述空气冲击波环流流场参量分布与变化规律。数值模拟结果符合物理规律。     

ALE方法在钢筋混凝土侵彻数值模拟中的应用

介绍了LS-DYNA程序和ALE方法的计算原理,分析了钢筋混凝土侵彻的目标特性,选用D材料模型,使用ALE方法对钢筋混凝土的侵彻进行数值模拟,形象和真实地展现钢筋混凝土侵彻现象,并对数值模拟的结果进行分析比较,对钢筋混凝土的侵彻研究有重要的参考价值.     

轴流压气机稳定性预估的改进模型

推导并建立了进口非定常扰动条件下多轴流压缩系统动态响应及其稳定性分析的理论模型，基于逐级特性，又建立了该模型轴力和轴功的准定常计算方法，导出了基于特征线理论的流动方程数值求解方法，应用本模型对两个中等负荷的多级轴流压缩系统进行了数值分析，数值结果与实验结果的一致性较好，表明了所建立的理论模型是可行的。     

板壳结构接触爆炸数值仿真分析

接触爆炸载荷作用下板壳结构的变形和破损是非常复杂的非线性动态响应过程,现有的各种理论和实验研究方法都有各自不同的应用范围与条件.借助于有限元程序LS-DYNA中的ALE算法,对空气中单层钢板在凝聚态炸药接触爆炸载荷作用下的非线性动态响应过程进行了数值仿真,描述了2种物质的流动以及钢板的破口形状、尺寸和塑性区域随时间增加的变化情况,定量给出了钢板的最大破口半径与炸药装药量之间的关系式.仿真分析表明ALE算法适用于解决接触爆炸过程中的流一固耦合问题,模拟和预测材料在爆轰波冲击下的非线性动态响应.     

A numerical study of passenger side airbag deployment based on arbitrary Lagrangian-eulerian method

The passenger side airbags(PAB)are usually larger than the driver airbags.Therefore,the inflator of PAB is more powerful with high mass rate.In this paper,an Arbitrary Lagrangian-Eulerian(ALE)method based computational method is developed to simulate the deployment of a PAB.The tank test is used to test the property of the inflator.Through comparison of numerical and experimental results,the ALE method is validated.Based on a failed airbag test,a smaller sub-airbag is placed inside PAB to disperse the gas flow to directions which are less damaging.By applying dynamic relaxation,the initial mesh corresponding to the experimental terms is obtained.The results indicate that the interior pressure and impact force coincide with the test data,and the method in this paper is capable of capturing airbag deploying process of the PAB module accurately.     

Rigid-Flexible Coupling Dynamic Analysis of Sub-Launched Vehicle During the Vertical Tube-Exit Stage

During the launching stage,hydrodynamic pressure and adapters’ reaction loads can influence the vehicle’s rigid motion as well as cause its structural vibration,which is a typical rigid-flexible coupling dynamic problem. This paper presents a 2-D rigid-flexible coupling model to calculate the vehicle’s dynamic responses in that period.The vehicle was equivalent to a flexure beam with axial deformation. Hybrid coordinate and modal superposition methods were used to describe its large rigid displacement and small deformation. By the second Lagrange equation,the vehicle centroid’s displacements,rotational angle and modal coordinates were chosen as generalized coordinates and then the vehicle ’s rigid-flexible coupling dynamic equations were obtained. By numerical simulation,the results of vehicle’s motion parameters and transverse internal loads were acquired.The calculation results showed that differences of the vehicle’s motion parameters between the rigid-flexible coupling model and the rigid body assumption are noticeable and the peak magnitude of the vehicle’s transverse internal loads in the rigid-flexible coupling model is higher remarkably than that in the rigid body assumption.     

动态负荷下地源热泵系统的优化设计

针对动态负荷下地源热泵地埋管换热器的设计问题,提出一种最佳负荷的设计方法,并通过数值模拟和实测实验的方法研究了6种不同负荷下钻孔壁中点处的温度响应.实验结果表明:1)在周期性脉冲热流的作用下,钻孔壁温度呈周期性震荡并逐渐升高;2)每一时刻,动态负荷作用下的温度响应均小于其最佳设计负荷的温度响应,即最佳设计负荷可以代替动态负荷,由此验证了最佳负荷设计公式的合理性.本设计方法考虑了建筑热负荷的动态变化特性,有效节省了换热器的埋管长度.     

爆炸冲击波数值计算网格划分方法研究

在爆炸冲击波数值计算过程中,计算精度很大程度上取决于空气和炸药的有限元网格尺寸.现在常用的爆炸冲击波数值计算网格划分方法大多是针对某一当量炸药的,在使用中存在一定的局限性.针对这一问题,本文提出了一种与炸药当量相关的网格划分方法,并应用有限元软件LS-DYNA进行了计算对比,结果表明:该方法适用性很好,而且在计算精度与计算效率上取得了很好的平衡.     

PSA制氢工艺管网中均压过程的仿真

由于PSA氢提纯工艺管网规模大、涉及的工艺参数多、工艺过程复杂，对工艺管网中的均压过程进行试验分析相当困难，探索通过数值模拟来仿真工艺管网中的均压过程是一条有效的技术路线。文章在介绍变压吸附制氢工艺管网中均压过程的仿真方法的基础上，以63000Nm^3／hVPSA氢提纯装置中工艺的均压过程作为仿真对象，得到均压过程管网内各元件和节点的流体流动情况和各项参数的变化曲线，这项技术为工艺参数的最优选择和控制及工艺设备优化设计奠定了技术基础。     

障碍物强化爆震起爆和传播的数值模拟与验证

采用非稳态二维轴对称数值模拟的方法研究了圆环形障碍物对爆震起爆和传播的影响,并通过实验进行了验证。研究表明:爆震形成之前,激波的反射与聚交能够产生高温高压点,并大大提高该区域的反应速率,促成局部能量的快速释放,产生局部爆炸;火焰传播速度与相对于障碍物的位置有关,具有极高的脉动特性;DDT(deflagration to detonation transition)过程中迅速增压是在火焰传播到一定区域后开始,在该区域形成向2个方向传播的压缩波,向未燃区传播的压缩波不断加强形成爆震,向已燃区传播的压缩波称为回传爆震,不断衰减;障碍物导致爆震管中压力温度分布极不均匀,与没有障碍物的爆震管完全不同。