大空间柱壳结构爆炸动力响应的Ritz-POD数值模拟

应用ANSYS/LS-DYNA建立大空间柱壳结构在内爆炸荷载作用下的数值模拟实验,在验证模型及参数选取的正确性及可靠性的基础上,建立了大空间柱壳结构在内爆炸作用下进行动力响应计算的合适模型。将Ritz振型叠加法与POD法结合,解决了冲击波荷载的时空差异性和结构表面压力场分布问题,大大减少了大空间结构爆炸动力响应分析的计算量。对大空间柱面网壳结构在内爆炸冲击荷载作用下的动力响应进行了数值模拟计算与分析,研究了矢跨比和爆炸点位置等因素对结构动力响应的影响。结果表明,计算模型适合于大空间柱壳结构的爆炸动力响应分析,矢跨比大的结构防（抗）爆炸冲击波的能力较强。偏心爆炸比中心爆炸对大空间结构构件的损害大,对结构的边跨构件最为不利,设计中应更注重支座附近和边跨结构的防爆能力。     

爆炸荷载作用下钢框架柱冲击响应与破坏模式的数值模拟

目的运用非线性显示动力学有限元方法分析计算爆炸冲击荷载作用下钢框架柱的冲击响应和破坏模式．方法基于有限元分析程序ANSYS／LS—DYNA建立三维有限元模型,分析钢框架柱在3种爆炸荷载作用下可能发生的破坏模式特征及其影响因素．结果壳单元shell163考虑了局部屈曲效应和剪切应变的影响,可以有效模拟在爆炸荷载作用下钢框架柱的冲击响应和破坏模式．在荷载峰值相同的情况下,荷载持续时间越长,结构的变形越大;荷载冲量相同时,爆炸荷载峰值压力越高,结构的破坏程度越严重．结论钢框架柱的破坏模式与爆炸荷载的作用特征有关：在冲量荷载作用下,钢框架柱倾向发生柱脚剪切破坏和柱中翼缘屈曲破坏;在动力荷载作用下,钢框架柱则倾向发生柱脚剪切破坏;在准静态荷载作用下易发生整体弯曲屈曲破坏．     

掩体结构受爆炸作用动力响应的数值模拟

利用大型通用有限元软件ABAQUS对钢筋混凝土掩体结构在爆炸荷载作用下的动力响应进行数值模拟,其中混凝土采用塑性损伤模型,并考虑了应变率效应。通过对比分析了结构在相同强度的总脉冲压力作用下的内力,节点位移和塑性能量损失,最后得出结论:对混凝土掩体结构,在相同强度的总脉冲压力作用下会发生不同的动力响应,峰值压力越大,响应越明显。     

掩体结构受爆炸作用动力响应的数值模拟

利用大型通用有限元软件ABAQUS对钢筋混凝土掩体结构在爆炸荷载作用下的动力响应进行数值模拟，其中混凝土采用塑性损伤模型，并考虑了应变率效应。通过对比分析了结构在相同强度的总脉冲压力作用下的内力，节点位移和塑性能量损失，最后得出结论：对混凝土掩体结构，在相同强度的总脉冲压力作用下会发生不同的动力响应，峰值压力越大，响应越明显。     

钢纤维高强混凝土墙基于CONWEP的爆炸响应

针对爆炸荷载下的钢纤维高强混凝土墙,采用显式动力有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立了墙体1/4模型,对墙体在爆炸荷载下的动力响应和破坏形态进行模拟分析.材料模型采用J-H-C模型,该模型考虑了损伤和应变率效应,模型参数利用文献试验数据计算得出,爆炸荷载采用CONWEP爆炸模型,使用*LOAD_BLAST关键字加载.利用数值模型分析了不同折合距离下墙体的破坏模式以及墙体厚度、高跨比、边界条件和折合距离等墙体动力响应的影响因素,结果表明,折合距离较小时墙体发生剪切破坏,折合距离较大时墙体发生弯曲破坏,此外,墙体厚度、边界条件、高跨比和折合距离均对其动力响应产生明显的影响,与钢筋混凝土墙体对比分析发现同等条件下钢纤维高强混凝土墙体中心位移值较小,体现了钢纤维高强混凝土较高的抗拉强度和抗压韧性对其抗爆能力的显著增强作用.     

爆炸荷载作用下桥梁动态响应及其损毁过程的数值模拟

桥梁的设计通常考虑了地质和气候等环境条件,但并没有考虑结构抗爆方面的设计要求。利用大型通用有限元软件LS-DYNA 3D对连续刚构桥在爆炸荷载作用下的动力响应进行数值计算,分析过程中考虑了空气冲击波的传播特性。通过调整炸药的位置和重量,得到了爆炸荷载作用下刚构桥跨中的位移响应、跨中Von-Mises应力分布和结构破坏形...     

内爆炸作用下钢网壳结构动力响应的数值模拟

应用LS-DYNA有限元程序,建立了大空间钢网壳结构在内爆炸作用下进行动力响应分析的计算模型.通过提取结构表面有限测点的冲击波超压并将其进行本征正交分解(POD),解决了冲击波荷载的时空差异性及结构表面压力场分布问题.采用Ritz-POD法对大空间单层钢网壳结构在内爆炸荷载下的动力响应进行了数值模拟计算,分析了结构高度、矢跨比、炸药TNT当量及爆炸点位置等参数对结构动力响应的影响.结果表明:大空间钢网壳结构的最大位移和应力响应随炸药TNT当量的增加成非线性增大,其中应力响应近似成比例增大,而位移响应则急速增加.偏心爆炸冲击波比中心爆炸对大空间钢网壳构件的损害大,对结构的边跨构件最为不利.所得结论对于大空间钢网壳结构的防爆设计有参考价值.     

对LS-DYNA中混凝土HJC模型的探讨

有限元动力分析软件LS-DYNA中的HJC混凝土模型（Holmquist-Johnson-Cook）,充分考虑了混凝土的应变效应、材料损伤,以及静水压力对屈服应力的影响.所以,近些年来在模拟冲击荷载和侵彻等方面得到了广泛应用;但对其在爆炸荷载作用下结构动力分析的能力却研究不足.本文介绍了HJC混凝土材料模型的基本原理及建立模型模拟真实实验,并将软件计算结果与实验数据进行了对比.结果表明,HJC混凝土模型能很好地模拟钢筋混凝土构件在爆炸荷载作用下的动力响应.     

近爆作用下钢筋混凝土柱的损伤机理研究

为了研究钢筋混凝土结构底层柱的抗爆性能,应用LS-DYNA软件对近爆作用下钢筋混凝土柱的损伤过程及破坏机理进行数值模拟分析,数值模型考虑应变率对钢筋和混凝土材料动力本构特性的影响以及炸药-空气-结构之间的流固耦合相互作用.结果表明,在爆炸冲击荷载作用下,钢筋混凝土柱表层混凝土首先开始剥落,受到约束的柱脚和柱顶混凝土发生冲剪破坏,在持续的横向变形作用下柱整体发生弯曲,产生一系列的横向裂缝;在等比例距离爆炸作用下,不同反射区的钢筋混凝土柱,受到的爆炸冲击荷载存在较大的差异,通常的比例定律不适用于近爆情形.     

型槽式爆炸容器动力学响应的数值模拟

型槽式容器作为一种特殊的压力容器,至今还没有被用作爆炸容器,文章把它用作爆炸容器,针对采用平板封头的型槽爆炸容器在不同因素影响下的动力学响应问题,应用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元程序进行数值模拟。结果表明,应变率效应对爆炸容器的动力特性影响显著。容器越长,所对应特征单元的有效塑性应变越小;容器的最外层的有效塑性应变在中环面处达到最大,并从中环面向极点逐次降低;封头处的有效塑性应变在其几何中心处达到最大,并从其几何中心向极点处逐次降低;型槽式爆炸容器的设计能提高容器的抗爆特性,型槽的形状对容器的抗爆特性同样产生影响。     

钢筋混凝土框架结构连续倒塌的竖向非线性动力分析

结构的连续倒塌分析(PCA)是结构抗连续倒塌能力定量评定和抗连续倒塌设计的基础,已成为当前国内外土木工程界的热点研究领域。本文基于备用荷载路径原理,采用考虑构件失效时长的竖向非线性动力分析方法,对钢筋混凝土平面框架结构进行了竖向连续倒塌分析,根据损伤结构的反应判断剩余结构能否抵抗连续倒塌,分析中考虑了将同一轴线不同楼层的框架柱逐根移除和将同一轴线所有楼层的框架柱同时移除这两种情况对结构倒塌失效模式的影响,探讨了失效时长对结构动力响应的影响,发现构件失效时长对剩余结构的响应有重大影响。研究表明,竖向非线性动力分析方法是结构抗连续倒塌设计与抗连续倒塌能力分析的一种有效方法。     

不同配筋率钢筋混凝土柱应变率效应

混凝土是一种率敏感性材料,正确把握应变率效应对钢筋混凝土构件在强震等动力荷载下力学性能的影响,对结构抗震和抗风设计至关重要。采用CEB规范建议的考虑混凝土应变率效应的动力本构关系,运用纤维模型对钢筋混凝土柱在不同加载速率下的动力性能进行了数值模拟。对4个钢筋混凝土柱构件的快速加载试验的试验结果与模拟结果进行比较,结果表明所建立的纤维单元模型能够较好预测混凝土柱恢复力特性,验证了基于动力本构的纤维单元模型的有效性。基于此模型,研究了不同纵向配筋率和体积配箍率对钢筋混凝土柱动力性能的影响,结果表明纵向配筋率和体积配箍率对动力性能的影响呈现出不同的特征。     

腹部开孔钢筋混凝土简支梁非线性数值模拟

钢筋混凝土开孔梁是降低建筑层高,节约建筑成本的有效途径之一。目前国内外对腹部开孔的钢筋混凝土梁进行了一些研究,但大多局限于试验研究。运用大型结构分析软件ANSYS对六根腹部开有矩形孔的钢筋混凝土简支梁建立空间有限元模型,通过选择适当的单元、材料模型、本构关系对其进行非线性数值分析,将模拟得到的截面抗剪承载力、荷载-挠度曲线与试验结果进行比较,分析结果与试验结果吻合较好,验证了ANSYS分析钢筋混凝土开孔梁的可行性,并进一步对影响开孔梁受力性能的孔洞高度、孔侧加强筋等因素进行了参数分析,得出了一些有价值的结论。     

横观各向同性土——半封闭隧道衬砌相互作用分析

土体在沉积过程中存在各向异性,将土体视为各向异性体更为合理。考虑土体和衬砌的相互作用,基于饱和多孔介质理论和弹性理论,在频率域内研究了简谐荷载作用下横观各向同性土———半封闭圆形隧道衬砌简谐耦合振动。通过衬砌内边界应力连续以及土体和衬砌界面处应力和位移协调,得到了饱和横观各向同性土和衬砌的位移、应力和孔压解析表达式。利用衬砌中流体速度和土体中流体速度相等,建立了隧道部分透水边界条件,得到了待定系数的具体表达式。数值算例分析了土体和衬砌物性和几何参数的影响,表明:横观各向同性面内的弹性模量对系统动力响应影响较大,而垂直于各向同性面内的弹性模量对系统动力响应影响较小。另外,相对渗透系数和衬砌厚度对响应幅值有很大影响,而衬砌泊松比对响应幅值影响较小。     

典型钢框架结构节点的动态力学性能与延性分析

采用ABAQUS有限元软件分析了典型钢框架节点(狗骨式节点、端板螺栓连接节点和T型钢连接节点)抗倒塌性能,通过改变冲击荷载大小得到节点的荷载-位移曲线关系,从而得到节点的动态力学性能。分析结果表明,对于不同类型节点,在冲击荷载作用下均未形成悬索机构,且翼缘削弱部分和螺栓连接是梁柱子结构中的薄弱环节。提出了采用节点延性系数评估连续倒塌过程中节点延性的方法,定义不同类型节点结构动力荷载下的极限转动能力θmax与结构开始形成悬链线效应所达到的转角(θc)比值为节点延性系数。当节点延性系数大于1.0时,表示该节点结构能够形成悬链线效应,进入悬索作用阶段;延性系数越大,结构的安全储备越大。节点延性系数可以用于结构抗连续倒塌设计,评估结构是否考虑悬链线效应,以便对结构进行经济、合理的设计。     

井筒式地下连续墙基础荷载传递法

井筒式地下连续墙基础是近年来出现的一种较新颖新的深基础形式,其封闭的结构形式,可合理利用墙体本身和内部土芯共同承担上部结构的荷载。为了研究井筒式地下连续墙基础的竖向承载特性,根据井筒中土体可能的运动和受力状态,结合不同的假定条件,用荷载传递法分析不同状态下的墙身内力和墙顶位移,将其受力变化过程分为三阶段:弹性剪切阶段、弹塑性剪切阶段和塑性剪切阶段,分析了不同受力阶段下的墙身内力和位移及其影响因素,并探讨了这些因素对荷载传递的影响。最后将荷载传递法分析一例实际工程,并与实测结果进行了对比,吻合较好。     

连续配筋混凝土路面荷载应力有限元分析研究

连续配筋混凝土路面(CRCP)为带缝工作,荷载应力、温度应力状况等与其开裂状况相关,初始裂缝状态的变化会影响到后继裂缝的形成和分布,使路面受力机理的理论分析变得更为复杂。为此,论文综合考虑裂缝、钢筋等效、地基等影响因素,采用有限元分析方法分析CRCP荷载应力的分布规律,分析了板宽、板厚与地基模量、混凝土模量、配筋率对CRCP荷载应力的影响,为CRCP的结构设计建立了更为合理的计算方法。     

基于MMBC的网壳结构振动控制

多市场竞争机制控制策略(Multi-Market Based Control,简称MMBC)是一种分散控制算法。文章利用有限单元法,在MATLAB工作环境中建立某空间网壳结构的有限元模型,以磁流变阻尼器为半主动出力装置,结合MMBC控制策略和半主动控制率,实现空间网壳结构在地震作用下的结构半主动控制,分析比较了无控与控制状态下结构的振动响应。结果表明,多市场竞争机制策略可以有效应用于空间结构的振动控制中,具有良好的减振控制效果。     

基于正则化方法的不确定参数反演

结构识别的基本思想是结构的实际物理性态的变化将影响结构各自由度的响应数值,从而可以依据结构的动力特性逆向识别出结构的实际性态。因此,作为典型的反问题,参数反演得到广泛的研究。笔者通过结构的动力特性(固有频率和振型)基于正则化方法进行反演从而达到结构的参数识别。     

T形型钢混凝土短肢剪力墙斜截面承载力影响因素研究

为了确保T形型钢混凝土短肢剪力墙发生延性剪切破坏,在对其破坏机理进行试验研究的基础上,采用ANSYS有限元分析软件模拟其破坏形态。在分析过程中考虑水平钢筋的配筋率、混凝土强度、轴压比以及型钢配钢率等影响因素的作用。结果表明:水平钢筋体积配筋率、混凝土强度以及型钢配钢率可以明显改变构件的承载力和延性。