近区爆炸作用下砌体填充墙损伤破坏与动态响应的数值模拟

民用建筑中广泛使用的砌体填充墙在爆炸荷载作用下产生的碎块严重威胁着建筑物内部人员和设备的安全。尤其是近区爆炸作用下,墙体会产生更为严重的局部破坏,碎片飞散速度更快,但已有的相关研究工作仍旧较少。基于已有普通黏土烧结砖填充墙的近区爆炸试验,开展了近区爆炸作用下砌体填充墙损伤破坏和动态响应的数值模拟,对比验证了Load Blast法、任意拉格朗日欧拉(arbitrary Lagrange-Eulerian, ALE)法和冲量法模拟近区爆炸荷载作用、预测墙体损伤破坏和动态响应的适用性。通过冲量法进一步讨论了相同比例距离下的爆炸距离、砌块砂浆界面黏结强度以及砌块材料模型的影响。结果表明:近区爆炸中,相同比例距离下,墙体损伤通常随爆炸距离增加而加剧,由局部破坏向整体坍塌破坏模式发展;墙体的抗爆性能随砌块砂浆黏结强度增强而得到强化,主要受剪切失效应力控制;MAT_BRITTLE_DAMAGE和MAT_WINFRITH_CONCRETE模型较MAT_SOIL_AND_F     

一种量测松散介质对应力波衰减效应的实验方法及其在珊瑚砂中的应用

砂土等松散介质对在其中传播的应力波有非常明显的衰减作用,因此,松散介质常常作为爆炸波消波材料被广泛应用于防护工程中。为了准确地量测松散介质对应力波的衰减效应,基于并改进了传统SHPB装置,提出了一种定量研究应力波在砂土介质中衰减规律的新方法。该文方法适用于所有在冲击荷载的应变率范围内（约1~10² s^-1）应变率效应不明显的松散介质。方法基于拟合的透射系数T₂,通过杆中的三波（入射波、反射波和透射波）计算得到试件两端真实的峰值应力,还可以计算试件的弹性波速、峰值应力速度、试件端部应力波的前沿升时等关键参数,简单实用,可操作性强。采用提出的方法,对干燥珊瑚砂进行了应力波衰减实验,得出了应力波荷载峰值随传播距离的衰减规律。经对比实验与参数讨论发现,拟合透射系数引起的结果误差不超过2.83%,具有很好的可靠性与实用性。     

数值模拟中混凝土类材料应变率效应曲线的惯性效应修正

数值模拟是研究混凝土类材料在动载下响应的有效方法,准确输入材料真实的应变率效应曲线对预测结构在动载下的响应有重要作用。收集了1990年以来针对混凝土类材料的动态抗压实验数据,并将惯性效应对材料动态强度的影响进行剥离,得到真实的材料应变率效应引起的抗压动态强度放大因子（DIF_ε）与应变率对数的关系曲线。分析数据发现：实验得到的抗压动态强度放大因子（DIF_s）和惯性效应引起的抗压动态强度放大因子（DIF_i）都随试件尺寸的增大而增大;随着材料准静态强度增大,混凝土类材料DIF_i随应变率增长的增长幅度减小。对比拟合曲线与其他曲线可知,在高应变率下,新的应变率效应拟合曲线比已有半经验公式能更好地反映实验数据的DIF_ε;模拟时分别输入新的应变率效应曲线和CEB推荐公式,将输出结果与DIF_s对比,验证了新的应变率效应曲线的优越性。     

闭孔泡沫金属三维细观模型建模方法

该文在深入分析闭孔泡沫金属CT扫描图像的基础上,根据其细观结构特点,提出了泡沫金属三维细观模型建模方法。首先,根据闭孔泡沫金属胞孔形状和尺寸分布特性,提出了采用随机椭球体模拟胞孔的建模方法,通过采用随机投放算法,建立了三维胞孔随机投放模型;其次,提出了有限元网格剖分算法,通过引入材料属性识别算法,建立了泡沫金属三维有限元细观模型。在此基础上,研究了冲击荷载下泡沫金属的力学性能,分析了细观损伤破坏机理和能量吸收特性。结果表明,该文建立的三维细观模型,能够较好地反映泡沫金属材料的力学性能和细观损伤破坏机理。     

爆炸荷载作用下承重柱的弹性动力响应分析

为了建立爆炸荷载作用下承重柱构件的弹性动力响应分析方法,进一步奠定研究承重柱非线性抗爆响应和破坏形态的理论基础,该文将承重柱简化为承受轴向荷载的约束梁构件,并基于经典Timoshenko梁理论,通过建立等效频率矩阵、等效荷载向量矩阵以及修正的等效质量矩阵,采用变量分离法联立方程求解,推导出承受恒定轴力的Timoshenko梁在任意横向爆炸荷载作用下的弹性动力响应的解析解;并以此弹性解析方法为基础,进一步分析讨论了爆炸荷载作用下,长细比、初始轴向应变、端部约束条件及荷载参数等因素对承重柱弹性动态响应的影响,研究结果对钢柱或钢筋混凝土柱(RC柱)的抗爆分析与设计有参考作用。     

岩石Holmquist-Johnson-Cook模型参数的确定方法

Holmquist-Johnson-Cook(HJC)本构模型在混凝土冲击爆炸数值模拟中应用广泛, 该文将其推广到岩石类材料中, 为合理确定岩石材料的HJC本构模型参数, 从塑性屈服面理论出发, 得到了特征化黏性强度系数与帽盖模型参数的关系。基于三轴围压实验、Hugoniot实验和Hopkinson压杆实验数据, 分别得到了Salem石灰岩极限面参数、压力参数和率效应参数的取值。基于上述模型参数利用有限元程序LS-DYNA对Salem石灰岩的弹体侵彻实验进行了数值模拟, 侵彻深度的计算结果与实验数据对比表明了本文所提出的HJC本构模型参数确定方法的合理性和有效性。以相对侵彻深度为目标函数, 对Salem石灰岩HJC模型所涉及的19个参数的敏感性进行了分析, 并对一般岩石材料的HJC模型参数的确定给出了建议方法, 并通过模拟高强花岗岩和Sidewinder凝灰岩弹体侵彻实验, 进一步验证了该文提出方法的合理性。     

核电站在大型商用客机撞击下损伤破坏研究进展

2001年9·11事件后,美国核能管理委员会、核能研究院和能源部以及我国核安全局相继出台相关规范,明确规定核电站设计必须考虑大型商用客机的意外和恐怖性撞击作用。从飞机机身的整体撞击效应、引擎局部撞击效应以及核岛厂房结构振动3方面,回顾了核电站重要基础设施在飞机撞击下损伤破坏的理论模型、原型和缩尺试验以及数值仿真研究等的工作进展,对课题组近年来在该领域的研究工作进行了简要介绍,包括4种典型飞机（F4战斗机、空客A320、A380和新舟MA600）和4类核岛设施（预应力钢筋混凝土屏蔽厂房、普通钢筋混凝土屏蔽与附属厂房、钢板混凝土屏蔽与附属厂房,普通钢筋混凝土大型冷却塔）的精细化有限元模型及其撞击全过程的数值仿真分析。此外,介绍了引擎撞击普通钢筋混凝土和超高性能混凝土靶板的缩尺试验和数值模拟分析工作,以及引擎撞击局部效应的计算方法。最后,指出了该领域已有研究在撞击力计算、整体响应、局部破坏、振动效应和多灾害作用方面的不足和进一步研究方向的建议。     

27SiMn高强钢板单向拉伸力学性能试验研究

27SiMn钢是我国自主研制的一种高强钢材,具有较高的抗拉强度、良好的冲击韧性和焊接性能。为了研究27SiMn钢板的基本力学性能,针对4块名义厚度为6. 8 mm的27SiMn钢板试件开展了单轴拉伸试验。试验中分别采用激光位移计和DIC(Digital Image Correlation)技术量测钢板拉伸应力-应变全曲线及相关力学参数。研究发现,DIC法消除了拉伸机械刚度和初始加载时抖动的影响,获得的应力-应变全曲线更加光滑准确。试验结果表明:27SiMn钢板极限强度为753 MPa,断后伸长率为20%,屈强比为0. 74,与同强度其他钢材相比具有更好的延性;其单向拉伸应力-应变曲线分为准弹性段、弹塑性段、屈服缓升段、强化段和二次塑流段,并以低碳钢的五阶段模型为基础得到了27SiMn钢板单向拉伸应力-应变曲线五阶段本构关系模型,计算结果与试验结果吻合较好。     

HSFRC靶体的弹体侵彻试验与理论分析

为了研究高强纤维增强混凝土(HSFRC)材料的抗侵彻性能,采用2种不同弹头形状的刚性动能侵彻弹,对高强钢纤维增强混凝土和高强聚丙烯纤维增强混凝土靶体进行了侵彻试验和理论分析.给出了考虑弹靶摩擦阻力和弹头形状变化的混凝土靶体侵彻深度计算公式和侵彻试验数据,基于此,拟合得到了高强混凝土靶体经验强度参数的计算表达式并进行了试验验证,弥补了经典FORRESTAL公式中强度参数适用范围低于100MPa的不足.通过对比公式计算结果和试验数据,验证了文中提出的公式和分析方法对于弹体侵彻高强纤维增强混凝土靶体深度的计算较FORRESTAL公式有更广的应用范围和更高的预测精度.     

从物理机制角度探讨描述混凝土本构的途径

１混凝土的内部结构以宏观水平而论,混凝土可视为由集料颗粒分散在水泥浆基体中所组成的两相材料。但是,在应力作用下混凝土的行为许多方面只能将水泥浆集料界面视为混凝土结构的第三相———过渡区相,才能作出解释。过渡区相,它代表着粗集料颗粒与硬化水泥浆体之间...