近水面、库中、库底水下爆炸荷载作用下混凝土重力坝的破坏模式对比

遭受攻击时,随着弹药起爆深度的不同,大坝可能经历近水面、库中和库底水下爆炸。为明确其中最危险的工况,建立炸药-库水-空气-坝体结构的全耦合数值模型,对混凝土重力坝水下爆炸问题开展全过程数值模拟研究。该数值模型基于前期开展的离心模型试验建立,并经由两组不同工况离心模型试验的结果验证。随后,利用该模型对比分析不同爆深水下爆炸对混凝土重力坝的毁伤效应。结果表明：水下爆炸荷载下,大坝呈现三种主要破坏模式：(i)大坝上部一定深度溃口的结构破坏;(ii)大坝沿着坝底整体滑动的失稳破坏;(iii)大坝以坝趾为基点整体倾覆的失稳破坏。近水面水下爆炸时,大坝主要呈现破坏模式(i);库中水下爆炸时,大坝主要呈现破坏模式(i)和(ii)或(i)和(iii);库底水下爆炸时,大坝主要呈现破坏模式(ii)。随着爆深增加,水下爆炸对混凝土重力坝的毁伤效应先增加后减小,即库中水下爆炸是最危险的工况。文章得到的大坝破坏模式与已有文献中的试验结果和历史战争中典型大坝的破坏模式相近。     

岩石高速-超高速侵彻效应研究进展

岩石类靶体侵彻研究紧贴防护需求,深入分析弹体高速侵彻下靶体毁伤机制,对确定防护层最小安全厚度、提升地下工程防护能力有重要意义。为全面了解宽速域、多形式的侵彻效应,系统总结岩石类靶体的侵彻试验和不同侵彻状态下的理论分析模型,分析弹体侵彻过程及靶体毁伤机制。此外,将预测弹体侵彻深度的解析和经验计算公式进行分类,对比分析弹体侵深影响因素,梳理超高速侵彻下岩石类靶体毁伤破坏效应,对未来超高速武器打击下地下工程防护能力的提升提出建议。     

大坝抗爆性能评估研究进展

高坝大库由于其显著的社会影响和军事价值,无疑成为恐怖爆炸和局部战争的重点袭击目标。流域梯级电站的抗爆防护问题更加显著,某级水电工程失事将引起次生洪水灾害等连锁反应。文章回顾世界范围内遭受爆炸袭击的大坝,并从大坝抗爆试验和数值分析方法等方面论述大坝抗爆安全评估亟待解决的关键科学问题和技术难题,系统分析不同爆炸打击方式下的高坝抗爆安全评估理论与方法,包括爆炸冲击波传播、多介质瞬态耦合作用机制、高应变率动态损伤本构模型、不同爆炸打击下的大坝爆炸毁伤效应以及不同坝型的抗爆性能等内容,最后提出高坝抗爆防爆研究的战略目标和重点研究方向。     

坑道内爆毁伤效应与隔爆防护研究综述

钻地武器制导精确越来越高,侵彻深度与爆炸威力越来越大,这使其在坑道内部爆炸的可能性越来越大,地下防护工程的防护能力受到越来越大的挑战,坑道内爆的毁伤效应和防护在国内外受到极大的重视和深入的研究.文章综述了国内外坑道内爆毁伤效应和防护技术的研究现状,指出了目前该研究所存在的不足,阐述了该研究方向的发展展望,并指出了今后需研究的关键技术问题.     

地下结构头部在精确打击下的毁伤试验研究

为研究精确打击条件下地下结构头部段的毁伤特点,根据爆炸相似律进行了圆柱形装药在头部围岩中三种爆炸位置的模型爆炸试验。试验结果显示,直墙段是结构最易受损部位,装药在直墙侧方爆炸时,结构毁伤程度最严重;地下结构头部动荷载段计算假定装药位置在拱顶正上方爆炸为最不利情况偏于危险,可通过在现行动荷载计算公式中引入装药爆炸位置影响系数,完善计算公式未能考虑爆炸位置因素影响的缺陷;分析直墙拱结构的受力特点,并建议采用曲拱结构形式应对精确打击的防护需求。     

结构中爆炸泄入坑道工程内部空气冲击波传播试验研究

目前结构中不同侵彻深度爆炸研究主要集中于结构的震塌破坏,而对结构毁伤后的泄漏冲击波效应研究极为有限。为获得结构毁伤后泄漏冲击波传播特性,针对装药量、埋深、钢筋配筋率、混凝土基体强度和有无结构等影响因素共进行了48次试验,揭示了这些影响因素对泄漏空气冲击波超压强度的影响规律。     

水库大坝在爆炸作用下的工程防护措施研究进展

水库大坝在战争中具有重要的战略价值,是军事打击的重要目标,最常见的打击方式就是爆炸袭击。为研究大坝在爆炸作用下的工程防护措施,以工程上常见的重力坝、拱坝和土石坝为对象,通过文献调研的方法,总结了3种类型大坝的抗爆措施。在重力坝中,坝顶可配置抗爆钢筋,坝基可采用高强多孔混凝土作为保护层,并需特别关注泄水孔的防护;拱坝的坝身和两侧岩体是薄弱部位,可采取加厚坝身、采用高强材料并对岩体进行改良来提升抗爆性能;土石坝的防渗性能至关重要,可建立多道防渗体系并在坝顶额外增设防爆体,并采取合适的填筑方法。研究表明：通过针对不同类型的大坝采取适当的工程防护措施,可以提高大坝的抗爆能力,减少遭受袭击后的损害程度。     

爆炸荷载作用下不同壁厚管道毁伤效应

利用ANSYS12.0/AUTODYN动力有限元软件[1],研究炸药对不同管壁厚度的埋地管道造成的毁伤效应。考虑到爆炸发生的实际环境[2,3],本文将建立管道内炸药模型,模拟内部爆炸对不同管壁厚度埋地管道的毁伤效应,本文的研究为保护埋地输气管道优化装药结构设计提供了理论依据。     

多层框架结构在其地下室内部爆炸冲击下的连续倒塌机理研究

为了研究框架结构在地下室内部爆炸时的连续倒塌特性,运用有限元显式动力分析软件LS-DYNA建立了一个含有1层地下室、4层地上结构的钢筋混凝土框架结构分离式模型;考虑钢筋和混凝土共节点的连接方式,采用三阶段模拟法将不同炸药作用位置时结构的连续倒塌模式进行对比,分析梁、板、柱等主要受力构件的具体破坏方式;阐释结构在地下室内部爆炸后的不同倒塌破坏模式。结果表明:地下室内部爆炸发生后地上一层破坏严重,在地下结构柱附近爆炸使得结构节点处破坏严重,从而导致结构的连续倒塌。     

水中爆炸条件下结构毁伤评估方法研究

水中爆炸会引起水中结构如码头、船坞等产生构件变形、局部破坏乃至整体损毁。为合理确定水中爆炸条件下作用在水中结构上的荷载及其毁伤特性,通过分析比较现有理论及方法,提卅了不同工况下的荷载计算方法、水中结构毁伤等级划分标准,以及简化计算法、数值模拟法等2种毁伤评估方法;通过对某型高桩码头的响应及毁伤情况进行验算,综合给出了给定当量下高桩码头的安全阈值,对比验证了分析方法的适用性和准确性,为进一步研究水中结构的动态响应及毁伤提供了基础。     

岩土中隧道抗偶然性内爆炸特性分析

针对偶然性爆炸对隧道的破坏问题,分析了某重要的软土中隧道在不同装药量和位置内爆炸情况下的动力反应和破坏机理;通过对比研究,分析了围岩等级对隧道抗内爆炸特性的影响;给出了隧道遭受内爆炸情况下围岩受到明显影响的范围.分析结果表明:当比例距离较小时,装药爆炸会对衬砌结构产生十分严重的局部破坏,在装药偏离隧道中心的内爆炸冲击波...     

弹体与堆垛式矢量防弹导偏结构碰撞模型分析与导偏后效研究

为破解多层战场设施防侵彻武器打击难题,研究提出非固定的堆垛式矢量防弹结构,这种结构可将垂直贯入的弹体导偏,使其碰触楼盖时产生攻角,有效降低弹体侵彻楼板的层数。同时,只要几何形状和堆垛方式合理,可控制弹体偏离方向,大大减少侵彻爆炸对设施本身及周围其他目标的毁伤。针对导偏弹道参数和侵彻楼板层数的计算,提出了弹体与堆垛式矢量防弹结构碰撞分析方法,给出了数理模型,可为终点弹道预测、毁伤评估和安全措施制定提供定量依据。数值仿真证明堆垛式矢量防弹结构的设置可使命中建筑物中心的侵彻弹很快偏离目标,显著降低弹体侵彻楼板层数。     

天津港“8·12”特大火灾爆炸事故建筑物和人员损伤破坏情况及其爆炸威力分析

为定量评估天津港"8·12"特大火灾爆炸事故的灾害效应,文章对公开报道的事故资料进行了收集和梳理,基于质点震动速度、爆炸能量、爆炸成坑特征和建筑毁伤半径等4个关键参数,运用不同方法对爆炸灾害的威力效应(等效TNT当量)进行定量评估;并基于爆炸现场的人员和建筑物的毁伤情况,结合TNT当量比例距离和相关手册的计算方法,对灾害评估结果进行了验证。评估结果表明:通过3种不同方法计算的爆炸灾害等效TNT当量具有较好的一致性,推算此次爆炸的威力相当于500t TNT炸药。     

爆炸载荷下等效电子目标的动态响应数值研究

为研究电子设备在爆炸冲击载荷作用下的毁伤效应,通过设计等效电子目标,采用数值模拟的方式分析了在600 g TNT当量冲击载荷下等效电子目标的结构响应情况。结果表明,在爆炸冲击载荷作用下,铝壳最大变形位移量与超压峰值呈类线性关系变化;随着爆炸距离的增大,等效电路板的振动加速度峰值逐渐减小,而加速度振动周期逐渐增长;当超压峰值小于0.641 MPa时,等效电子目标的破坏主要来自内部电子元器件的爆炸冲击振动效应。     

单层爆炸反应装甲的间隔等效靶研究

为建立爆炸反应装甲的间隔等效靶,研究了在射流作用下爆炸反应装甲等效的机理;根据射流与爆炸反应装甲作用的特点,选择剩余穿深等效准则和两层间隔靶结构,分别推导了射流侵彻爆炸反应装甲及间隔靶时侵彻深度的计算模型;结合等效准则,建立了射流的着靶角为45°时单层爆炸反应装甲的等效靶。利用Ls-dyna仿真软件对射流侵彻爆炸反应装甲和等效靶的模型进行了仿真,并对射流侵彻间隔靶进行了试验。结果表明:试验平均侵彻深度为76.55mm,仿真所得侵彻深度为82.0mm,相对误差为6.6%,证明了所建模型的正确性。     

圆柱壳容器内部可燃气体爆炸冲击作用的双向流固耦合模拟

圆柱壳容器发生内部爆炸时,爆炸流场的作用会引起容器结构的运动与弹塑性变形,其运动和变形又会反作用于爆炸流场,进而改变容器壁面上爆炸作用的大小与分布,因而爆炸冲击作用的确定属复杂的双向流固耦合问题。通过ANSYS Workbench仿真平台建立了可有效模拟可燃气体爆炸流场与容器壁面结构相互作用的流固耦合分析模型,获得了考虑耦合效应的超压时程与相应的结构动力响应。进一步考察了流固耦合效应对爆炸冲击作用的影响,研究表明:在耦合与非耦合的情况下,容器壁面上爆炸作用的变化趋势大致相同,而非耦合情况下的超压峰值大于耦合情况,设计计算时考虑耦合情况的爆炸冲击作用更为准确,不考虑流固耦合效应的爆炸作用取值偏于安全保守。     

爆炸荷载下混凝土柱毁伤效应研究

对爆炸荷载作用下混凝土柱的毁伤过程进行了数值模拟,研究了混凝土柱在不同炸药量和不同距离爆炸荷载作用下的毁伤效应。     

“克里米亚大桥”爆炸事件对我桥梁抗爆韧性研究的启示

桥梁作为重要的交通基础设施,是恐怖爆炸袭击及军事打击的重点目标之一。俄乌冲突期间,克里米亚大桥受汽车炸弹袭击,迫使俄罗斯调整了作战计划。基于已有公开资料,利用LS-DYNA建立了克里米亚大桥足尺模型,分析其在爆炸荷载作用下的毁伤破坏过程。通过对克里米亚大桥爆炸事件分析,建议将“韧性”概念引入到重要桥梁的抗爆设计中,开展桥梁结构及系统的抗爆韧性评价与提升研究,提升我国桥梁等关键基础设施的抗打击能力及恢复能力。     

接触爆炸条件下碳纤维布加固RC板的有限元分析

为探讨化爆条件下碳纤维布对钢筋混凝土板的加固效果,利用LS-DYNA软件分别建立加固RC板和普通RC板的分离式有限元模型。考虑了空气介质的影响,利用流固耦合算法模拟了集团装药接触爆炸对两种板的破坏效应。结果表明:该模型能较好地反映RC板的局部破坏特征。两种板呈现不同的破坏特点:加固板板底分布着大量次生裂缝,普通板底主裂缝明显并有隆起产生。比较表明:碳纤维布加固可提高板的整体性,缓解钢筋应力,有效减轻震塌破坏作用。而板底保护层混凝土的大量破坏则表明该部位是结构加固后的薄弱环节。     

岩石侵彻爆炸效应的数值模拟

运用非线性有限元和爆炸冲击波理论，对侵彻爆炸条件下岩石的破坏效应，如爆炸波传播过程、爆炸成坑效应进行了模拟。计算中对炸药直接划分单元，算例结果验证了所提方法的有效性。