基于LS-DYNA的大空间柱壳结构爆炸波压力场分析

基于ANSYS/LS-DYNA,在验证模型及参数选取正确及可靠的基础上,建立了大空间柱壳结构在爆炸作用下的冲击波压力场计算模型。引入本征正交分解（POD）法,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。对大空间柱壳结构在爆炸冲击荷载作用下的压力场进行了数值模拟计算与分析,研究了跨度和矢跨比等因素对结构压力场分布的影响。结果表明,计算模型适用于大空间柱壳结构在爆炸作用下的动力响应计算。     

瓦斯爆炸冲击作用下新型复合结构防护外壳的动态响应

为了降低和防止瓦斯爆炸冲击波对矿难救生系统的破坏,提高防爆抗冲击能力,提出新型复合结构防护外壳。运用有限元数值分析方法,对新型复合结构防护外壳在瓦斯爆炸冲击波作用下的动态响应进行研讨。分析冲击波作用下新型防护外壳的变形、应力和应变,并与单层防护外壳的动态响应进行了对比。结果表明: 采用中间柔性材料缓冲层的新型复合防护结构,能够延缓瓦斯爆炸冲击波对矿难救生系统的冲击作用,保护系统内部模块不受严重破坏,制造工艺简单且成本低。运用数值分析的方法,可以为救生系统设计建立一个仿真的实验环境,为优化救生系统设计、提高设计效率提供参考数据。     

水下爆炸气泡载荷在加筋板塑性变形中的作用

水下爆炸产生的冲击波载荷和气泡载荷都会对水中结构产生毁伤作用。为研究水下爆炸气泡载荷在加筋板塑性变形挠度中所占的比例,利用通用有限元软件Abaqus/Explicit对加筋板模型在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行了一系列数值仿真。载荷计算采用了Geers-Hunter模型,材料本构采用了Johnson-Cook模型,将部分计算工况与试验结果比较,两者吻合较好。通过分析计算结果可以看出在气泡载荷在加筋板塑性变形中的比重主要受爆距影响,爆距越小,所起的作用越大。所以,在水下近场爆炸计算中,气泡载荷引起的塑性变形不容忽视。     

坑道内爆炸冲击波传播规律的研究

摘 要：炸药在坑道内爆炸将产生沿坑道传播的空气冲击波,冲击波与坑道壁相互作用,使得坑道内冲击波的传播规律明显不同于自由大气中冲击波的传播规律。使用有限元计算软件LS-DYNA对已有的坑道试验进行了数值模拟,通过数值模拟结果与试验结果数据比较,验证了有限元计算中所使用的计算模型和参数取值的合理性。利用数值模拟的计算结果,使用量纲分析理论,拟合了距离爆炸中心点一定距离处爆炸冲击波超压峰值的计算公式,并与试验结果进行对比,分析了该公式的适用性,为坑道中爆炸冲击波的传播规律研究提供了参考。
     

某车辆动力总成异常振动分析与改进

针对某SUV车柴油机动力总成产生异常振动导致操纵手柄剧烈振动这一实际问题,将振动试验测试与有限元仿真分析结合起来研究动力总成的振动动态特性。通过整车道路试验及转鼓试验,发现柴油机工作转速的二阶激励激起了动力总成系统共振,通过采用有限元方法建立了一种柴油机动力总成振动分析模型,计算分析了此动力总成的振动固有频率和固有振型,找到了导致动力总成弯曲刚度变差的原因—飞轮壳结构刚度不足。在验证了有限元仿真模型计算合理性基础上,通过改进设计飞轮壳结构,提高了动力总成的固有频率,使其避开了共振频率区间,最终消除了操纵手柄的异常振动。该试验与仿真分析方法对解决同类工程问题具有参考指导和应用价值。     

两装药水下爆炸毁伤目标振动信号时频分析

针对某水下目标抗水下爆炸试验数据,研究两装药水爆炸下冲击波的相互作用及气泡脉动的相互作用现象,分析非平稳结构响应信号时频特征,分别提取前爆冲击波、后爆冲击波及前爆气泡脉动三个不同时段信号进行能量与频率分析,并由此确定不同时段对目标毁伤的影响。结果表明,后爆冲击波能量最大,前爆冲击波与后爆冲击波均处于较宽频率范围,主要作用在780 Hz以上,前爆气泡脉动能量主要作用在100～400 Hz内。与结构自振频率频段重合,因此前爆气泡脉动作用不可忽视。     

非接触爆炸冲击载荷对防盗门作用数值模拟研究

为实现反恐行动中非接触爆炸冲击波破门目标,针对金属防盗门实际条件建立数值仿真模型,重点研究了防盗门在非接触爆炸冲击载荷作用下塑性变形破坏过程及规律。结果表明：相同爆炸冲击载荷作用下,实际转动条件防盗门板塑性变形动力响应时间延长,最大变形量远大于四边固支条件下门板变形量;爆炸中心与防盗门距离过近,门板受爆炸产物和空气冲击波共同作用,只出现局部破坏,不能实现门板整体塑性变形;拟合了防盗门板在非接触爆炸冲击载荷作用下变形量计算式,可为反恐破门弹药设计提供依据。     

泡沫铝衰减冲击波压力的理论分析

由于泡沫铝具有良好的缓冲与吸收撞击或爆炸能量性能,常被粘贴在主结构可能遭受撞击面或迎爆面,用于降低撞击或爆炸冲击波对主结构的破坏作用。目前关于泡沫铝缓冲层衰减主结构上冲击波压力的理论计算没有得到很好的解决。为考查泡沫铝相对密度、孔洞形式及厚度对其衰减主结构上冲击波压力的影响,运用一维冲击波理论,考虑冲击波在压缩泡沫铝材料过程中的能量损耗,提出一种简化计算泡沫铝缓冲层衰减结构物上冲击波压力的方法。运用该方法分析了结构物上包覆一层泡沫铝缓冲层对飞片撞击结构所产生冲击波压力的衰减情况。并通过实例给出计算泡沫铝缓冲层衰减飞片冲击结构上冲击波压力的计算步骤及其影响因素。     

温压炸药爆炸冲击波在坑道内的传播规律研究

温压炸药爆炸冲击波对坑道内的人员和设备构成严重威胁。在TNT爆炸试验数据验证的基础上,利用AUTODYN软件建立了炸药堵口爆炸的数值计算模型。基于JWL-Miller能量释放模型计算原理,通过与TNT冲击波的对比,研究了某型温压炸药爆炸冲击波在坑道内的传播特性;通过与空旷地面爆炸冲击波的对比,研究了坑道对温压炸药爆炸冲击波的约束作用。研究结果表明:温压炸药具有更大的破坏威力,温压炸药的超压峰值和正相冲量平均为TNT的1.91倍和1.82倍,其超压和冲量等效TNT当量系数分别为1.94和2.21;坑道对温压炸药冲击波的约束作用明显,其超压峰值和正相冲量平均值分别为空旷地面上的13.55倍和15.21倍。     

水中爆炸实验装置结构设计与冲击波防护措施研究

建设相对条件固定的水中爆炸实验装置,为开展水中工程结构和装备进行抗爆性能实验研究提供了重要保证。本文设计和建设了具有多种功能的水中爆炸大型实验装置,该装置由爆炸水池、轻钢滑动提升装置、储气加压装置、筛网架、水中爆炸压力测试系统与测试室等组成。根据一维弹性平面波理论,对该装置爆炸水池结构设计的主要问题和抗爆隔震性能进行了分析,研究了纵波入射时水池结构内部不同介质应力波传播情况和破坏模式。并运用气泡帷幕防护技术,对降低水中爆炸冲击波防护措施可行性进行了初步试验研究和探讨,验证了该水中爆炸实验装置结构设计的合理性和降低水中冲击波防护措施的有效性。     

爆炸焊接锐楔区动力学状态参数数值分析

用运动界面高精度差分格式求解二维Navier-stokes方程,直接模拟不同炸药爆轰速度、基复板安装间距碰撞点锐楔区的压力场及速度流场,分析爆炸复合板锐楔区压力场分布特点及历时作用形式,发现爆轰压力作用下基板表面产生不同程度的反激波现象,及锐楔区空气介质流动在弯折复板与基板之间呈扇形状分布的层流射流状态流动。锐楔区反激波现象研究对爆炸焊接熔化层形成的分析具有一定参考价值。     

单自由度NES在高斯白噪声随机激励下的响应分析

对带有非线性能量汇的单自由度系统进行建模,采用有限差分法进行数值求解,再利用蒙特卡洛法进行数值模拟,比较了两种不同方法下得到的系统稳态统计响应;然后进行参数讨论和分析,讨论了不同参数对系统稳态统计响应的影响,为随机激励下的非线性能量汇动力学参数设计提供参考依据。     

爆炸荷载作用下钢制防护门的动力响应及抗力参数分析

以现有一典型梁板式钢制防护门为背景,利用ABAQUS有限元软件对其动力响应及抗力进行了评估,得出该门抗力满足设计要求,并留有一定冗余,进而又分析了骨架梁的存在,骨架梁的数量和布置方式,梁腹板的厚度和高度,梁翼缘板的厚度和宽度,上下面板的厚度,爆距、装药量和荷载作用时间等因素对防护门抗爆性能的影响规律,最后建立了较合理的工程计算模型,研究成果可为同类防护门设计与优化提供理论依据。     

Model validation and parametric study on the blast response of unreinforced brick masonry walls

Numerical simulations are carried out to estimate the response and damage of unreinforced brick masonry walls subjected to explosive blast loading based on the transient dynamic finite element program LS-DYNA. A previously developed dynamic plastic damage model was used for brick and mortar. A new model for strain rate effects of bricks and mortar is included in the numerical analysis. The results obtained from the numerical models are compared with field test data and good agreement can be found. Parametric studies are conducted to evaluate the effect of material strength, boundary conditions, and thickness of the wall on the blast response of unreinforced brick masonry walls. It was found that boundary conditions and wall thickness significantly affect the blast response, while the effect of material strength is relatively small.     

舰船设备抗冲击能力的可靠性分析

在进行舰船设备系统抗冲击设计及优化分析中,必须要确定舰船设备的抗冲击能力值,而影响设备冲击响应的多种随机因素使设备抗冲击能力具有随机性。本文提出了考虑各种随机因素影响的设备抗冲击能力可靠性的定义和分析方法,结合神经网络建立了设备冲击响应预测模型,在数值冲击试验基础上,结合Monte Carlo法分析了典型舰船设备抗冲击能力的统计特征。分析方法和结果可为今后舰船设备及系统的抗冲击性能分析、舰船系统抗冲击性能评估提供参考。     

复合材料薄膜充气床垫的多物质ALE数值模拟

某型充气床垫是典型的气囊结构,该床垫由新型柔性薄膜材料制成,力学性能复杂。目前,国内外气囊仿真研究多采用两种方法,一种是控制体积方法(CV),该方法比较简便计算需求较少,但计算精度只能满足一般的工程需要;另一种方法是基于有限元技术的ALE方法,该方法计算精度高,可用于气囊的详细仿真。针对充气床垫充气爆破工况和载人工况的复杂性,采用多物质ALE方法对其进行了详细数值模拟。充气爆破工况通过与物理试验对比,判断出床垫结构的薄弱位置,同时提出结构改进方案。载人工作工况通过参数分析方法,分析不同充气内压时床垫变形和应力状况,并判断出床垫最佳工作内压。最终的仿真结果可作为该型产品设计定型的重要依据,也为同类问题提供了参考。     

冻结立井爆破振动信号多重分形去趋势波动分析

针对基于配分函数的多重分形分析不利于局部标度特性突显的问题,把多重分形去趋势波动分析(MF-DFA)方法引入到爆破振动信号分析领域。研究表明:立井爆破振动信号具有多重分形特征,在周边眼不同装药形式下爆破信号MF-DFA谱和多重分形奇异谱具有显著差异,可作为判别周边装药结构形式的特征参数。MF-DFA谱图及其相关参数可以表征立井不同爆破方案下井壁振动响应状态特征,为炮孔装药结构和装药参数的识别与分类提供了一种有效的方法。     

点支式幕墙鱼腹式索桁架支承体系动力特性

考虑温度变化及几何非线性影响,采用连续化理论导出了点支式玻璃幕墙预应力鱼腹式索桁架支承体系非线性振动方程。通过Galerkin方法,将偏微分程转化为常微分方程,并采用L-P法及KBM法对常微分方程进行了求解。结合工程实例讨论分析了温度变化、振幅、外激励等因素对点支式玻璃幕墙预应力鱼腹式索桁架支承体系非线性振动的影响。算例表明,点支式玻璃幕墙预应力鱼腹式索桁架支承体系固有频率随着温度的升高而减小,其非线性振动呈现“硬弹簧”特性。     

抗爆洞室预应力锚索受力特征试验

探索预应力自由式锚索抗爆加固效应及机理对提出预应力锚索抗爆洞室加固设计方法有着重要的意义。通过室内模型试验和数值模拟,研究了在集中装药爆炸波作用下预应力自由式锚索加固直墙圆拱式洞室围岩介质内应力波宏观变化特征和峰值应力衰减规律,分析了预应力锚索的索端张力变化特征和锚固段轴应变变化波形,结果表明设计参数合理的预应力自由式锚索可以实现较好的抗爆加固效果。采用显式动力分析程序得出的计算结果与试验数据的吻合性较好,进一步证实了模型参数和建模的有效性和正确性。     

球面波传播特性和围岩动态裂纹产生的数值试验研究

利用非线性动力有限元分析程序,对于半无限岩土介质中的洞室,研究了球面波在围岩中的传播特性和动态裂纹的产生过程,比较了球面波在毛洞和锚杆加固洞室围岩中的衰减规律和动态裂纹形态的差别。结果表明:围岩动态裂纹是自由面产生的反射拉伸波及其相互叠加以及加固区与未加固区相互错动剪切的综合作用造成的;球面波强度在毛洞围岩中的衰减速度比在加固洞室中的快;锚杆加固洞室的破坏程度比毛洞轻一些;将模拟所得加固洞室围岩破坏形态与相应模型试验的结果进行了比较,发现洞室破坏形态及规律较为一致,说明了数值分析结果是可信的。研究结果对球面波的认识和防护工程的加固设计具有较好的参考价值。