POZD涂覆钢板加固钢筋混凝土板抗爆性能研究

为了研究聚异氰氨酸酯噁唑烷(Polyisocyanate oxazodone, POZD)聚合物高分子材料涂覆钢板-钢筋混凝土板在接触爆炸荷载作用下的抗爆性能,开展了接触爆炸试验和数值模拟研究,对其破坏特征进行分析。采用有限元软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土板、炸药、钢板和POZD的有限元模型,讨论了不同药量下POZD涂覆钢板加固钢筋混凝土板的破坏模式和破坏特征。试验及数值结果表明：在钢板-钢筋混凝土板背面涂覆POZD涂层能有效提升结构的抗爆性能;在接触爆炸作用下,POZD涂覆钢板加固钢筋混凝土板试件呈现四种破坏模式。     

钢板-泡沫铝-钢板新型复合结构降低爆炸冲击波性能研究

泡沫铝材料具有减振和吸收冲击能量的特点,但是单一的泡沫铝材料强度较低.为降低爆炸冲击荷载对框架底层柱的破坏,在两层钢板中间添加一层泡沫铝材料以构成多层复合抗爆结构,从而实现防爆和衰减冲击波的功能.当爆炸冲击波作用到复合结构时,泡沫铝产生塑性变形被压实,由于泡沫铝冲击波阻抗比较低,能够大大地削弱应力波的强度.在这个过程中,空气冲击波能量被减小,和单层材料相比,防爆能力得到提高.在研究过程中,主要进行了理论研究和LS-DYNA有限元动力分析,计算结果表明钢板-泡沫铝-钢板复合结构具有较好的吸能减振效果,可以运用到地面军事工程结构防爆设计中去,以提高地面军事建筑的战时生存能力.     

钢板夹泡沫铝组合板抗爆性能研究

鉴于泡沫铝材料优异的吸能特性和夹层结构在强度、刚度上的优势,提出了分层结构为钢板-泡沫铝芯层-钢板的抗爆组合板。对厚度为10 cm、7 cm和5 cm的组合板进行了5组不同装药量的爆炸试验,考察了各板在不同装药量爆炸条件下的变形及破坏情况,并对变形破坏过程进行了理论分析。研究表明:组合板承受爆炸冲击荷载时,通过局部压缩变形和整体弯曲变形吸收能量。钢板相同时,适当增大泡沫铝芯层厚度,增强面板与芯层间连接,可提高该组合板的抗爆性能,防止组合板发生剥离,减小其承受爆炸冲击荷载时产生的变形。     

聚脲涂层对装甲钢板抗爆性能影响的试验与数值分析EI北大核心CSCD

为研究聚脲涂层喷涂位置及涂层厚度对钢板抗爆性能的影响规律。对4种不同类型喷涂结构及纯钢板结构进行2 kg TNT(trinitrotoluene)炸药爆炸试验,并采用LS-DYNA仿真软件对试验工况进行数值模拟,比对试验结果验证数值计算的可靠性,同时在理论层面对迎、背面喷涂结构中的应力波衰减特性进行计算分析;在此基础上,进一步研究涂层厚度对背面喷涂结构抗爆性能的影响规律。结果表明:相比于无喷涂、迎面、双面喷涂结构,背面喷涂展现出更显著的抗爆潜力,其形成的大阻抗比结构是有效衰减应力波峰值的重要原因;等钢板厚度条件下,增加涂层厚度能有效提升结构抗力,但提升程度随着聚脲/钢板厚度比的增加而不断降低;等面密度条件下,增加涂层厚度结构呈现加剧破坏趋势。     

钢板夹薄壁钢管组合板抗接触爆炸数值模拟

为了提升钢板夹薄壁钢管组合板抗爆性能,有效减轻接触爆炸对防护结构的破坏,对钢板夹薄壁圆钢管组合板和钢板夹薄壁方钢管组合板,采用ANSYS/LS-DYNA软件进行接触爆炸数值模拟。取1kgTNT炸药,选择t=400μs时,分析该2种钢管组合板在接触爆炸作用下的抗爆吸能效果。结果表明:钢板夹薄壁方钢管组合板整体弯曲强于圆钢管组合板,但局部变形能力弱于圆钢管组合板;方钢管组合板变形输出的内能值小于圆钢管组合板,且不受钢管壁厚和数量变化影响,防护效果弱于圆钢管组合板;随着方钢管截面尺寸的减小,整体跨中挠度增加,破口直径增大,吸能减小,输出内能值增大,且不受壁厚和数量变化的影响,抗爆性能增强。同时,通过3组钢板夹薄壁钢管组合板参数对比分析后得知,在钢管数量为3,钢管壁厚2mm时,抗爆能力相对于其他工况下增大的较多,此结果可为工程实践提供参考。     

钢板夹薄壁钢管组合板抗接触爆炸数值模拟

为了提升钢板夹薄壁钢管组合板抗爆性能,有效减轻接触爆炸对防护结构的破坏,对钢板夹薄壁圆钢管组合板和钢板夹薄壁方钢管组合板,采用ANSYS/LS-DYNA软件进行接触爆炸数值模拟。取1kgTNT炸药,选择t=400μs时,分析该2种钢管组合板在接触爆炸作用下的抗爆吸能效果。结果表明:钢板夹薄壁方钢管组合板整体弯曲强于圆钢管组合板,但局部变形能力弱于圆钢管组合板;方钢管组合板变形输出的内能值小于圆钢管组合板,且不受钢管壁厚和数量变化影响,防护效果弱于圆钢管组合板;随着方钢管截面尺寸的减小,整体跨中挠度增加,破口直径增大,吸能减小,输出内能值增大,且不受壁厚和数量变化的影响,抗爆性能增强。同时,通过3组钢板夹薄壁钢管组合板参数对比分析后得知,在钢管数量为3,钢管壁厚2mm时,抗爆能力相对于其他工况下增大的较多,此结果可为工程实践提供参考。     

钢板夹泡沫铝组合板抗接触爆炸性能研究

鉴于泡沫铝材料优异的吸能特性和三明治型组合构件在强度、刚度上的优势,针对分层结构为钢板-泡沫铝芯层-钢板的100 mm厚抗爆组合板进行了装药量为1.0 kg TNT的接触爆炸试验,考察了组合板在接触爆炸条件下的变形及破坏情况,并对组合板的变形破坏过程进行了理论分析和数值模拟。研究表明,组合板承受接触爆炸荷载时,主要通过局部压缩变形和整体弯曲变形吸收耗散能量,上下面板与芯层间易发生剥离现象。钢板相同时适当增大泡沫铝芯层厚度,泡沫铝芯层相同时增加钢板厚度,均可减小组合板承受接触爆炸冲击荷载时产生的变形破坏,提高其抗爆性能。     

钢板夹钢管组合板抗接触爆炸性能研究

鉴于钢管良好的变形能力、吸能特性和夹层结构在强度、刚度上的优势,提出了分层结构为钢板-钢管芯层-钢板的三明治型抗爆组合板。对芯层钢管数量为5根、4根、3根的组合板进行了TNT装药量为1kg的接触爆炸试验,考察了各板在承受接触爆炸冲击荷载时的变形及破坏情况,并对变形破坏过程进行了理论分析和数值模拟。研究表明,钢板夹钢管组合板承受接触爆炸冲击荷载时,主要发生局部压缩变形。钢管变形是组合板耗散能量的主要途径。增加钢管数量,增大钢板厚度,增大钢管管壁厚度,均可减小组合板在接触爆炸条件下的变形破坏,提高抗接触爆炸性能。     

小剪跨比钢板-混凝土组合板抗剪性能的试验研究

通过2块小剪跨比钢板-混凝土组合板试件在集中力作用下抗剪性能试验,对组合板抗剪性能进行了初步分析。试验中主要变化了钢板厚度,得到组合板的极限承载力、变形、受剪破坏形态以及裂缝的发展情况。试验结果表明：小剪跨比钢板-混凝土组合板试件中混凝土最终破坏以斜压破坏为主;通过栓钉的连接,钢板和混凝土协同工作性能良好;截面应变分布基本符合平截面假定。钢板通过栓钉与混凝土的组合效应,显著提高了混凝土的抗剪能力,同时也改善了构件整体延性,该试验的组合板中钢板承担的剪力占总剪力的50%左右。     

钢板混凝土复合梁在爆炸荷载作用下的损伤评估研究

为满足钢板混凝土复合梁爆炸损伤评估的实际需要,完成了钢板混凝土复合梁与钢筋混凝土梁承载性能的比较试验,研究了两种梁的承载性能与破坏特点,获得了二者的抗力试验曲线、抗弯变形限值及抗力函数。基于钢板混凝土复合梁的等效单自由度运动方程,采用数值求解方法,得出了评估其在爆炸荷载作用下破坏状态的超压-冲量（P-I）等损伤曲线。研究结果表明：钢板混凝土复合梁的承载力、变形限值、临界超压以及临界冲量比钢筋混凝土梁的都要高,前者的抗爆性能更好。     

钢纤维类型对超高性能混凝土高温爆裂性能的影响

为了探寻可以有效改善超高性能混凝土（Ultra-high-performance concrete,UHPC）抗火性能的钢纤维类型,本文试验测定了不同类型钢纤维（3种普通钢纤维和2种来自于废旧轮胎的再生钢纤维）增韧UHPC及空白组混凝土的从常温至800℃高温爆裂行为和断裂能。结果显示,未掺入任何钢纤维的空白组UHPC试件全都发生了严重高温爆裂,钢纤维可以显著减轻其高温爆裂但却不能避免爆裂的发生,而掺入端钩型普通工业钢纤维（长度为35 mm,直径为0.55 mm）的UHPC呈现出最优的抗高温爆裂性能,其次是掺入未附着橡胶颗粒（RSF）的再生钢纤维（RSFR）增韧UHPC。可见,钢纤维自身性能特征显著影响了钢纤维增韧UHPC的高温爆裂,相同掺量情况下混凝土单位体积内分布密度较大的钢纤维或者分布密度较小但可以显著增加混凝土断裂韧性（断裂能）的钢纤维比较适合应用于具有较高抗火要求的UHPC结构中。     

Research on honeycomb structure explosives and double sided explosive cladding

In order to resolve the current issues about the backward method of charge and low energy efficiency of explosives, honeycomb structure explosives and double sided explosive cladding were used in the present study. Honeycomb structure explosives are used to ensure the quality of charge. Double sided explosive cladding can clad two composite plates simultaneously. Honeycomb structure explosives and double sided explosive cladding, which significantly reduce the critical thickness of stable detonation of explosives, are used to increase the energy efficiency of explosives and save the amount of explosives. Emulsion explosives with the thickness of 5 mm can be stable detonation. In this paper, the experiment of double sided explosive cladding for two groups of steel of No. 45 with the thickness of 2 mm to steel of Q235 with the thickness of 16 mm and two groups of stainless steel with the thickness of 3 mm to steel of Q235 with the thickness of 16 mm were successfully investigated. Without constraints, the critical diameter of emulsion explosives is 14–16 mm. Compared to the existing explosive cladding method, the consumption of explosives for steel of No. 45 to steel of Q235 and stainless steel to steel of Q235 are reduced by 83% and 77% in the case of cladding the same number of composite plates. The explosive cladding windows and collision velocity of flyer plate were calculated before experiment. It shows that the calculation prefigures exactly the explosive cladding for steel of No. 45 to steel of Q235 and stainless steel to steel of Q235.     

纤维对超高性能混凝土残余强度及高温爆裂性能的影响

采用普通原材料制备56 d龄期抗压强度为140~160 MPa的空白组超高性能混凝土、钢纤维超高性能混凝土及混杂纤维超高性能混凝土,测定其遭受高温作用后的残余抗压强度和劈裂抗拉强度,并对100%含湿量的混凝土试块进行高温爆裂试验。此外,测定大小2种加热速率对超高性能混凝土高温爆裂行为的影响。结果表明:所配制混凝土的残余抗压强度均随着目标温度的升高呈现先增大再降低的趋势,800℃高温后的残余抗压强度约为常温强度的30%。钢纤维与混杂纤维混凝土的残余劈裂抗拉强度亦呈现先升高再降低的趋势,800℃高温后的残余劈裂抗拉强度分别为常温强度的15.1%和35.4%。空白组混凝土的残余劈裂抗拉强度随着目标温度的升高而单调下降,800℃高温后的强度值约为常温强度的20.3%。7.5℃/min加热速率下,100%含湿量的3种混凝土试块均发生了严重高温爆裂,单掺钢纤维可以改善超高性能混凝土的高温爆裂,但不能避免爆裂的发生,而混杂纤维对超高性能混凝土高温爆裂的改善效果并未显著优于钢纤维。2.5℃/min加热速率下,混杂纤维可避免部分超高性能混凝土试块发生爆裂。      

设防爆层钢箱梁缩尺结构抗近场爆炸作用试验研究

为研究设防爆层钢箱梁抗近场爆炸作用效果,以53 g炸药当量、70 mm爆距为典型爆炸条件,开展了混凝土-单层/双层钢丝网板、5层/10层凯夫拉板及其组合为防爆层的钢箱梁缩尺结构近场爆炸试验研究。以塑性变形能为抗爆效果考查指标,8种试验工况结果表明:近场爆炸作用下无防护钢箱梁顶板会发生沿U型加劲肋的撕裂破坏及球冠状凹坑,且横隔板间距250 mm比间距150 mm的钢箱梁顶板破坏严重,变形能约高出60%;混凝土-双层钢丝网板较单层钢丝网板能降低钢箱梁顶板的变形能约2.2%;混凝土-双层钢丝网板与5层凯夫拉组合作为防爆层,顶板塑性变形能降低至无防护结构钢箱梁顶板的34.5%,混凝土-双层钢丝网板与10层凯夫拉组合作为防爆层,该数值约为32.7%。     

爆炸压实工艺参数对钢管能量与变形的影响

为了指导研究爆炸压实工艺参数的选择,通过改变爆轰速度与装药厚度来改变爆炸冲击能,重点研究爆炸压实工艺参数对钢管能量与变形的影响.研究表明:当其他工艺因素相同、仅爆轰速度不同时,将导致爆轰压力、钢管壁速度、爆炸冲击能、粉末压实能等显著不同,但钢管的变形与能量却几乎不变;当采用爆轰速度极高的黑索今炸药时,由于爆轰压力与爆炸冲击能过高,导致钢管头部被切掉;对硝酸脲炸药而言,随着装药厚度与炸药/钢管质量比增加,钢管的能量与变形、爆炸冲击能与粉末压实能单调增加.     

激光熔覆CoCrFeMnNiMox高熵合金的组织和耐蚀性研究

目的 为了增强钢制结构表面的耐蚀性,研究Mo含量对CoCrFeMnNiMox高熵合金组织与耐蚀性的影响。方法 采用激光熔覆的方式在N80钢上制备CoCrFeMnNiMox（x=0.1、0.2、0.3、0.4、0.5）高熵合金熔覆层,研究Mo含量变化对高熵合金组织、物相与耐蚀性的影响。结果 CoCrFeMnNiMox熔覆试样均由单一的FCC固溶体相组成,随着Mo含量的增加,晶格畸变增大;当Mo的摩尔比超过0.3后,晶粒有长大倾向;Mo的摩尔比为0.5时,表面择优生长晶面由（111）密排晶面转变为（200）非密排晶面。熔覆试样在氯化钠溶液和稀硫酸溶液中的耐蚀性相较N80钢提升明显,其中,CoCrMnFeNiMo0.3的耐蚀性最好,在质量分数为3.5%的氯化钠溶液中其自腐蚀电流密度是N80钢的5%,自腐蚀电位比N80钢提高了1倍;在0.5 mol/L硫酸溶液中,其自腐蚀电流密度是N80钢的31%,钝化区电流密度比N80钢降低了1个数量级。结论 在该高熵合金体系中,随着Mo含量的增加,晶格畸变增大。CoCrMnFeNiMox高熵合金熔覆层可以有效地阻止基体腐蚀的发生。Mo元素在溶液中能够形成MoO3附着在金属表面,从而形成稳定致密的保护层,减少点蚀的发生。CoCrMnFeNiMo0.3熔覆层的耐蚀性最好。     

钛/钢多层爆炸焊接界面的实验研究

为探究膨化硝铵炸药作用下,厚度均为2 mm的钛(Ti)、钢板的最优爆炸焊接参数以及验证一种新的爆炸焊接试验方案,实验采取阶梯型多层基板的爆炸焊接试验方案,以控制药量和间距为变量,并将Ti板作为复板,同时对多层阶梯型钢基板进行爆炸焊接试验;利用金相显微镜对焊接复合板进行观察,并分析多层基板同时焊接的方案可行性以及不同实验参数对界面波形的影响。试验结果和分析表明:通过观察Ti/钢复合板界面波形呈正弦微波状且无明显过渡层,验证了新方案的可行性,同时突出了阶梯型多层基板的同时爆炸焊接方案,能够在单次试验下对比分析不同基复板间距情况下的焊接效果的能力;并经分析得出在单位面积装药为1.048 g/cm~2及装药间距范围为(9~11)mm时,能得到质量较佳的Ti/钢爆炸复合板。     

钛/钢双立式爆炸焊接参数优化

为解决大面积钛/钢爆炸焊接窗口窄,在结合区易出现"过熔"和"射流堆积"等微观缺陷的问题,开展了双立爆炸+轧制综合制造技术,进行了低爆速爆炸焊接用炸药试验优化,发明了一种最低临界爆速爆炸焊接用炸药,设计确定了刚性防护板和柔性防护墙构成的双立综合防护结构及参数,研究了钛/钢爆炸焊接装药厚度窗口.结果表明,双立钛/钢复合板结合界面成波状结合,几乎不存在金属熔化、漩涡等微观缺陷.     

爆炸-轧制不锈钢／钢复合板复层表面裂纹分析

爆炸轧制不锈钢复合板技术工艺,实现了中薄复合板大面积复材无焊缝的要求,本文探讨了间隙对复合界面的影响及轧制过程中造成复层产生裂纹缺陷的原因,从而找出适合不锈铜／铜爆炸复合间隙的材料。     

爆炸冲击下变截面H型钢动态响应模拟研究

钢结构在爆炸冲击下的动态响应是一个复杂的动力学问题。运用ABAQUS软件,建立两端固定约束下变截面H型钢构件模型,利用CONWEP爆炸加载方式,模拟3~8.25 m八种不同爆炸距离下钢构件的动态响应过程,分析结构腹板、迎爆面翼缘变形与爆炸距离的关系。结果表明:CONWEP程序能够准确的作为爆炸加载方式;在3~6.75 m爆炸距离内,腹板发生塑性变形,随着爆炸距离的增加,构件腹板最大位移线性减小,最大位移位置非线性升高;翼缘最大位移迅速减小,翼缘发生失稳破坏;在6.75~7.5 m爆炸距离内,腹板处于弹塑性变形阶段;当爆炸距离超过7.5 m后,腹板处于弹性变形阶段,迎爆面翼缘发生局部失稳,承载力降低。