水下爆炸作用下金属材料动态失效判据

该文章对某金属材料制成的圆筒形试件进行水下近距爆炸试验,得到了水下近距爆炸条件下材料的动态断裂应变,结合能量方法,给出了水下近距爆炸时材料的动态屈服强度,并和静态拉伸试验及霍普金森拉杆试验（SHTB）结果对比,比较了屈服强度、极限拉伸应变和能量吸收率等参数,并探讨了SHTB试验所得失效判据在水下爆炸对某金属材料制成的圆筒形试件进行水下近距爆炸试验,得到水下近距爆炸条件下材料的动态断裂应变,结合能量方法,给出水下近距爆炸时材料的动态屈服强度,并和静态拉伸试验及霍普金森拉杆试验（SHTB）结果对比,比较屈服强度、极限拉伸应变和能量吸收率等参数,并探讨SHTB试验所得失效判据在水下爆炸条件下的适用性。对比材料失效判据常规研究方法和水下爆炸实际效果,对于船体及其模型的结构抗爆设计和评估具有参考价值。条件下的适用性。该文章创新的对比了材料失效判据常规研究方法和水下爆炸实际效果,对于船体及其模型的结构抗爆设计和评估具有参考价值。     

配筋对超高性能混凝土抗爆性能的影响

爆炸荷载作用下，超高性能混凝土(UHPC)防护结构的内部配筋形式对抗爆性能具有显著影响。该文利用数值方法研究不同配筋形式对超高性能钢筋混凝土抗爆性能的影响。使用试验结果验证数值建模方法和材料参数的可靠性，建立32个不同钢筋直径和间距的炸药-空气-UHPC-钢筋数值模型，通过分析结构的局部破坏和背爆面位移，给出近爆作用下不同配筋形式的超高性能钢筋混凝土结构抗爆特性。研究表明：不同配筋率下，钢筋-UHPC结构的动态损伤规律具有相似性；配筋率相同时，钢筋直径是影响结构抗爆性能的主要因素。局部加载时，采用细钢筋的UHPC结构抗爆性能优于粗钢筋，其中均匀布筋效果最优。而整体加载时，不同配筋方式的UHPC结构损伤差异较小。     

基于ALE算法的船体板架射流载荷下毁伤模式分析

研究表明,近边界气泡在坍塌阶段产生的高速射流将对船用板架结构造成严重的损伤。本文利用LS-DYNA中的ALE算法对船体板架结构在射流冲击载荷作用下的破坏情况进行了模拟。首先分析简单平板在不同作用位置、速度和形状的射流载荷作用下的动态响应。在此基础上对射流冲击下加筋板结构的毁伤特性进行了研究,重点分析了结构的强弱对板架毁伤模式的影响。计算结果表明:气泡射流载荷对于船体结构的破坏具有明显的局部效应,其破坏程度非常严重,射流对加筋板的毁伤效果因冲击位置不同而有所区别。因此,在舰船结构抗爆抗冲击性能研究中,气泡载荷不容忽视。     

叠合板式混凝土墙不同接头形式抗爆性能分析

叠合板式钢筋混凝土墙应用已经比较广泛,但其接头方式对结构抗爆性能的影响还未不清楚。运用数值模拟的方法对3种不同接头方式下桁架式叠合板式钢筋混凝土墙的抗爆性能进行研究,计算了3种荷载条件下结构的动力响应,分析了结构中钢筋应变时程变化特征以及整体挠度和裂纹扩展演化规律,结果表明装配整体式连接接头形式抗爆性能最好。在接头局部,试件侧墙与底板接头设置在距根部300 mm处的抗爆性能优于接头设在根部附近的。但就整体变形而言,接头设在根部附近的试件抗爆性能要优于接头设在距根部300 mm处的。数值模拟结果与试验结果对叠合板式混凝土墙接头形式优选具有一定的参考价值。     

钢板-泡沫金属-钢板叠合结构抗爆机理初探

试验表明钢板-泡沫金属-钢板叠合成的三明治结构具有良好的抗爆性能.对该结构抗爆机理进行分析,指出波的反射、散射、干涉所引起的边界效应、会聚效应是其抗爆性能得到提高的主要原因,为该结构的推广应用提供了理论支持.     

方形中空夹层钢管超高性能钢纤维混凝土柱抗爆性能数值模拟与实验验证

建立了爆炸荷载作用下方形中空夹层钢管超高性能钢纤维混凝土(Ultra-High Performance Steel Fiber Reinforced Concrete Filled Double Skin Steel Tube,UHPSFRCFDST)柱动态响应及其损伤破坏三维有限元数值模型。首先通过模拟结果与爆炸破坏试验结果的对比分析,验证了数值模型和计算方法的有效性。进而运用参数化分析方法,研究了空心率、含钢率、内、外层钢管厚度及其强度等关键参数对UHPSFRCFDST柱抗爆性能的影响。研究结果表明,UHPSFRCFDST柱具有优越的抗爆性能,所建立的三维有限元模型能够有效地分析UHPSFRCFDST柱在爆炸荷载作用下的动态响应及其损伤破坏;在一定范围内减小空心率及提高外层钢管强度可有效提升UHPSFRCFDST柱抗爆性能;提高含钢率、减小内、外层钢管高厚比均能够显著提升UHPSFRCDST柱抗爆性能;内层钢管强度对UHPSFRCFDST柱的抗爆性能影响并不明显。     

玻璃钢导流罩新型密封结构设计及其模型试验研究

提出了船舶球鼻首导流罩玻璃钢壳体与船体结构之间的新型连接结构——纤维桩结构和柔性预紧密封螺钉连接结构，即：在钢构架与玻璃钢壳体之间采用纤维桩连接结构，玻璃钢壳体边界与船体搭接板之间采用加橡胶柔性密封的螺钉连接结构。经过导流罩局部模型试验证明，该连接结构能保证导流罩具有足够的强度和水密性，其性能优于现有螺钉连接结构，适合于实船使用。     

建筑结构构件基于性能的抗爆设计方法

在我国,基于性能的设计方法已运用于工程结构抗震设计,但尚没有运用在结构抗爆设计。该文将基于性能的设计方法引入结构抗爆领域,提出了基于性能的结构抗爆设计方法,明确了基于性能的抗爆设计中的关键问题,给出了设计思路与步骤。在此基础上,以RC柱为研究对象,以轴心受压承载力损失为性能水平参数,划分了3个等级性能水平;根据典型的爆炸场景,确定爆炸的不同烈度等级,计算出RC柱承受的荷载;针对不同类别的建筑,确定两个水准的抗爆性能目标;结合现有RC柱承载力损失的研究成果,分析不同爆炸烈度下的RC柱的承载力损失,提出RC柱基于承载力损失的性能设计方法;基于确定的性能目标和设计方法,提出RC柱基于性能的抗爆设计步骤;最后,给出了RC柱基于性能的抗爆设计的算例。     

舰船柔性抗冲覆盖层抗爆机理研究

如何有效提高舰船受到水下爆炸时的生存能力是舰船设计需要考虑的重要环节。舰船柔性抗冲覆盖层技术通过在舰船水线以下的船体外板敷设具有柔性吸能特性的覆盖层来削减水中冲击波载荷并减缓船体结构的爆炸响应,已被试验证明能有效提高全船的爆炸防护能力。本报告围绕舰船柔性抗冲覆盖层对水下爆炸载荷的抗爆机理,从水下爆炸载荷特征、柔性覆盖层瞬态大变形机制、流固耦合面空化起始、扩展及闭合过程以及由此引起的冲击载荷加载机制等方面,给出了相应的理论建模、分析与试验研究工作,解释了柔性抗冲覆盖层抗爆作用机理,在此基础上给出了影响抗冲覆盖层防护效能的主要特征参数,研究结果为柔性抗冲覆盖层的全船敷设设计提供了理论支撑。     

链枷式排爆装置抗爆性能的仿真与试验研究

为了探究链枷式排爆装置的抗爆性能是否满足作业需求,以ANSYS软件为技术平台,建立了该排爆装置抗爆性能的仿真计算模型。依托该模型,对不同TNT当量、不同爆炸位置等多种工况下排爆装置的抗爆性能进行了分析,得到其结构变形量和速度特性。同时,搭建了链枷式排爆装置的抗爆性能试验台架,通过台架试验验证了仿真模型的可信性,为排爆装置抗爆性能分析评价与结构优化设计提供参考。     

基于三维几何模型的船舶扶强材自动理想化系统开发研究

目的 开发一套基于三维几何模型的船舶扶强材自动理想化系统。方法 针对船舶模型中扶强材截面形状、尺寸多变,分布密度大,进行结构规范计算时计算量大、计算条件复杂、人工计算难以涵盖全面的问题,考虑扶强材的截面变化、依附结构与相交关系,将船舶模型中的扶强材离散重组简化为单元梁,并以单元梁为基本单位进行船体梁结构相关强度校核参数的快速自动计算。结论 通过扶强材自动理想化系统,实现了对船舶扶强材间距等13项规范校核参数的快速自动计算,提高了船舶规范校核精度,缩短了船舶规范建模周期。     

水下爆炸冲击波作用下舰船总纵强度工程预报方法

水中兵器战斗部在水面舰船和潜艇附近爆炸对船体的总纵强度毁伤是目前国际上研究的前沿和热点。基于Taylor平板理论,计及自由液面截断效应,对船底表面处的耦合压力进行修正,推导并建立船体梁爆炸冲击弯矩的理论与计算方法,提出一套用于水下爆炸作用下船体梁总纵强度估算方法。通过实验数据验证理论方法的正确性。结合理论方法开发相应的总纵强度预报软件,为舰船在冲击波载荷作用下的总纵强度工程化预报提供参考。     

Reliability assessment of a tanker using the model correction factor method based on the IACS-CSR requirement for hull girder ultimate strength

The model correction factor method (MCFM) is adopted to assess the reliability of a Suezmax oil tanker considering the ultimate vertical bending moment capacity of the hull girder as a limit state. The approach uses the incremental iterative method proposed by the International Association of Classification Societies (IACS) Common Structural Rules (CSR) to evaluate the hull girder ultimate strength as a response model that is calibrated iteratively at the design points calculated by the First Order Reliability method (FORM) by means of advanced non-linear Finite Element Analyses (FEA). The considered loads are the still water and the wave-induced bending moments in a typical seagoing operational condition of the oil tanker in the full load and ballast load conditions. First, the predictions of the hull girder bending capacities calculated by the IACS-CSR method and by non-linear FEA are compared and then the efficiency of the MCFM for hull girder reliability problems is illustrated. It is shown that using semi-empirical response models, which include the important mechanical features with respect to the bending capacity of the ship hull girder, the reliability evaluation can be performed with a limited number of non-linear FEAs (less than 10) promoting the application of advanced response and reliability methods to complex structures.     

Eigenspannungsmessungen an einem geschweissten Kastenprofil

Residual stress measurement on a welded box beam section The topic of this work is the measurement of the residual stress state of a welded box girder section. The investigation was performed in three main steps consisting of firstly the determination of the global residual stress state, secondly the measurement of local residual stress condition at the positions of interest, and thirdly the superposition of global and local stresses to the complete residual stress state at the respective position. The stress determination was performed using the cut‐compliance method (CC method) and X‐ray measurements. Both measurements methods complement each other very well. The CC method provides information at a great depth below the surface, while the X‐ray method offers high resolution at low depth. The results of both methods have been compared and were in good agreement, validating themselves. The investigations at the corners of the welded box girder section revealed tensile residual stresses. At and just below the surface influences of the thermal cutting process of the steel sheet have been found, resulting in a lowering of the tensile stresses. However, in the middle of the beam section high tensile stresses of up to 430 MPa have been found, nearly reaching the proof stress of the material. The consequences of such high tensile residual stresses on design and use of the beam will be discussed.     

Design of steel box girder for Taizhou Yangtze River Highway Bridge

Taizhou Yangtze River Highway Bridge is the first three-pylon two-span suspension bridge in China. The main girder adopts flat steamline steel closed box girder which has well wind-resistant capability and is technically mature besides beautiful appearance. Straight web plates of the steel box girder in longitudinal direction is proposed in order to ensure the integrity of the steel box girder, and to keep the stress of the steel box girder continuous in the middle pylon, as well as to reduce the gradient of the middle pylon columns . The cross section of the box girder has one box with three cells. Solid-web diaphragm plate with good integrity and high torsional stiffness is adopted. The lifting lugs are utilized in the anchors of suspender cable. In this paper, selection of the cross section of the steel box girder, the general structure design, local structure design and main structure calculation results of Taizhou Yangtze River Bridge are introduced emphatically.     

钢-超高性能混凝土组合箱梁静力性能试验研究与数值模拟

以云南红河特大桥为工程背景,设计2个钢-超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)组合箱梁节段模型试验,主要关注组合箱梁的承载力、破坏模式和抗裂性能等。基于通用有限元软件ABAQUS建立组合箱梁的精细有限元模型,通过试验结果验证模型并开展参数分析,研究UHPC板厚度、配筋率、栓钉间距以及箱梁横隔板厚度对组合箱梁受力性能的影响,给出各参数的设计建议取值范围。研究结果表明:钢-UHPC组合箱梁承载力高、抗裂性能好;按最大裂缝宽度进行验算,等效为180 mm厚UHPC桥面板的承载力超过车辆荷载标准值的8倍;UHPC板厚度以及钢箱梁横隔板厚度对组合箱梁破坏模式影响较大;综合考虑经济性及受力性能,建议实际工程中UHPC桥面板厚度不宜超过210 mm,配筋率不宜超过1.4%,栓钉间距最大不超过450 mm。     

等效爆炸载荷下FRP船体结构的性能比较

水下爆炸对船体的作用一是直接压力,另一个是使船体产生加速度,而且,不仅仅是船体产生加速度,其附加质量(也称附连水质量)也产生相应的加速度,即:爆炸要同时改变船体和附加质量的动量和动能。水下爆炸作用下结构物的相应研究极其复杂,计算量极大。该文以复合材料船体结构形式选型为目的,根据能量原理、动量原理和达朗贝尔原理,将爆炸载荷等效为静载。研究5种船体构造形式对此等效静载的响应,据此选择船体结构形式。5种船体型线相同,结构形式分别为单板横向加筋、单板纵向加筋、单板双向加筋、硬壳式和夹层式结构,在船体所受外载相同,船体重量相等的条件下,通过有限元法,分析等效水下爆炸载荷下船体的响应与性能。根据船体的应力与变形分析,对其强度、刚度、剖面模数及综合性能进行比较,为结构选型提供数值分析依据。挑选出既符合结构性能,又能满足使用要求的结构形式。     

船体梁振动的反共振频率配置设计

基于船舶主机等主要激励,计算得到了船体梁的反共振频率,并提出了一种基于反共振频率配置的船体振动设计方法。该方法可将激励频率设置为反共振频率,通过对结构刚度修改或质量修改,使得船体的上层建筑或桅杆等重要部位在该反共振频率下振动响应为零,并可明显减小该频率下船体的振动响应。数值算例验证了所提出的反共振频率配置设计方法的有效性。     

火灾环境下钢-混凝土组合梁力学性能试验研究

该文为研究组合梁桥在火灾环境下的基本力学性能与特征,制作具有代表性的3根缩尺梁模型:简支T形梁、简支箱形梁及连续箱形梁,利用火灾试验炉进行局部三面受火试验,并给出详细的试验方法。在试验过程中,分别观察组合梁常温下及火灾高温后的结构行为,量测火灾高温下组合梁的温度场,分析了结构的变形特点。通过对试验数据的深入分析与研究,可以发现火灾下钢-混凝土组合梁中钢梁为主要升温构件,且升温速度快,温度分布不均匀;混凝土顶板具有一定的吸热作用,但不应忽略其对钢梁升温及温度分布的影响;从实测变形看,钢-混凝土组合连续梁体系的抗火性能要优于简支梁体系。研究成果可以为组合梁桥防火灾设计与分析提供试验依据与理论参考。     

泰州大桥钢箱梁除湿研究

泰州大桥主桥钢箱梁长2 160 m,体积约24万m3,采用转轮式除湿系统。阐述了泰州大桥钢箱梁除湿的原理、选型及布置、工作流程、施工等,并拟定了泰州大桥钢箱梁除湿的检验评定标准,为同类工程提供了借鉴。