爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁动力响应的数值分析

由于爆炸荷载具有峰值压强大、作用时间短的特点,钢筋混凝土梁在爆炸荷载作用下的动力响应较为复杂。为了深入研究钢筋混凝土梁的抗爆性能,应用瞬态动力分析软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土梁的三维有限元模型。数值模型中钢筋混凝土采用分离式模型,并且考虑了钢筋和混凝土材料的应变率效应。对已有文献中的钢筋混凝土梁承受爆炸荷载的试验进行了数值模拟,并将模拟结果与试验结果进行了对比分析,结果表明所采用的数值模型可以较好地模拟爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动力响应。在此基础上,研究了钢筋混凝土梁在不同爆炸荷载作用下的破坏模式。分析结果表明,随着峰值压力的增加,钢筋混凝土梁的破坏模式由弯曲破坏转变为剪切破坏。     

爆炸荷载作用下空间钢框架破坏过程分析

采用有限元软件ANSYS／LS-DYNA研究空间钢框架在爆炸荷载作用下，从开始发生变形直至倒塌的全过程。分析中考虑了爆炸载荷作用时间和荷载峰值对结构动力响应的影响。结果表明：在爆炸荷载作用下，结构变形形态具有局部性和弱传递性，即爆炸区的梁柱首先产生大变形并伴随大塑性应变，最后在横梁和立柱端部达到材料失效应变而断裂，其他部位受到的影响则很小；爆炸部位处的构件断裂破坏后，剩余的结构会在自重和恒载作用下发生连续倒塌。     

爆炸作用下跨度对地下结构破坏形态的影响

针对爆炸等动载作用下深埋大跨地下结构的动力响应进行研究,应用ANSYS/LS-DY-NA非线性动力有限元分析程序,采用流固耦合算法和透射边界,对不同跨度地下拱形结构在不同垂直起爆距离时进行封闭式爆炸数值模拟,得到了不同跨度地下结构的破坏形态和最大应力变化曲线.结果表明:大跨度地下结构由于自由临空面的增大,破坏形态与小跨度结构的受力状态完全不同,跨度越大,远处爆炸对结构安全及围岩稳定性影响越大,结构的动力学特性会发生本质的改变.     

建筑物外部爆炸超压荷载的数值模拟

在对易于遭受爆炸危害的建筑物进行抗爆设计与加固时,首先需要确定作用在建筑物上的爆炸超压荷载模型.但是由于受到建筑物自身特征及周围环境等多种因素的影响,作用在建筑物上的爆炸超压荷载十分复杂.为了掌握作用在建筑物上的爆炸超压荷载的特性,应用非线性显式动力分析软件建立了建筑物外部爆炸超压荷载的数值分析模型,分析了网格划分尺寸的大小对爆炸超压荷载计算结果的影响,模拟了建筑物外部的刚性地面上发生爆炸的过程,研究了爆炸冲击波在建筑外部空间中的传播与衰减规律,以及作用在建筑物外表面的爆炸超压荷载的特性.模拟了邻近建筑物对爆炸冲击波的反射和阻挡作用,同时研究了邻近建筑物的几何尺寸和位置等因素对作用在目标建筑物上的爆炸超压荷载的影响,从而为在建筑物的抗爆设计与加固中确定合理的爆炸超压荷载模型提供了理论依据.     

爆炸荷载作用下拱型结构端部动剪力响应的数值分析

为了解工程结构在爆炸荷载作用下的抗剪性能,应用有限元方法,分析了核武器和常规武器爆炸荷载作用下拱型结构的端部动剪力的线性和非线性响应特征;分析了结构厚跨比、荷载作用时间、边界约束条件以及塑性变形的影响规律。得出了厚跨比对端部动剪力影响较大,结构塑性变形只对端部动剪力第1个负向峰值或第2个正向峰值影响较大等结论。     

爆炸作用下U形加劲肋加劲钢板结构的动态响应与破坏模式

基于数值模拟方法对爆炸作用下钢板和加劲钢板的动力响应和破坏模式进行了研究.采用显式非线性动力分析软件LS-DYNA,利用ALE和FSI算法建立了考虑爆炸过程及冲击波与钢板相互作用的数值模型,并基于试验数据验证了模型的准确性和可靠性,分析了不同工况下钢板、板式加劲肋加劲板及U形加劲肋加劲板在爆炸荷载下的动力响应和破坏模式.结果表明:在局部爆炸荷载下,U形加劲肋与板式加劲肋沿着加劲肋纵向不均匀变形,导致加劲板变形并破坏;2种加劲肋均可有效抑制钢板中心位置的变形,且U形加劲肋效果更显著;加劲钢板的破坏程度与加劲肋数量密切相关,合理布置U形加劲肋数量可以显著减轻钢板的破坏;增加U形加劲肋端头隔板有利于提高钢板的抗扭性能,减小钢板的最终开裂破坏程度.     

近距离爆炸荷载作用下砌体墙动态响应及破坏过程的数值模拟

为了探索砌体墙在近距离爆炸荷载作用下的破坏规律及碎块抛射规律,通过AUTODYN建立数值模型,得到在近距离手提箱包炸弹爆炸荷载作用下砌体墙的荷载分布规律及碎块抛射速度规律.结果表明:12墙、24墙、加固24墙在爆炸荷载作用下破坏规律是相似的.24墙及加固24墙相对12墙碎片抛射速度有较明显的降低.加固24墙由于聚氨酯加固膜的兜裹作用,最终会明显减小碎块的出墙面位移和速度.此外砌体墙各测点抛射速度与比例距离的关系曲线与超压峰值与比例距离关系比较相似.     

钢筋混凝土中爆炸破坏效应数值模拟分析

根据钢筋混凝土介质在内部爆炸载荷作用下毁伤破坏特性,利用LS-DYNA程序流固耦合算法,使用能够反映拉伸破坏的Tayler-Chen-Kuszmanul(TCK)和反映压缩破坏的Holmqust-Johnson-Cook(HJC)材料模型,通过建立分离式钢筋混凝土有限元模型,进行了钢筋混凝土在内部爆炸载荷作用下毁伤破坏效应的数值计算分析. 数值模拟能够很好地模拟钢筋混凝土内部爆炸时中心爆炸空腔压缩面和自由面的拉伸层裂破坏及漏斗坑形成过程,且与试验结果和理论计算吻合较好. 同时,由于钢筋的增强和止裂作用,钢筋混凝土中爆炸漏斗坑成阶梯型,且其破坏范围远小于混凝土介质.     

爆炸与火荷载联合作用下钢柱变形与破坏的数值分析

为了探讨爆炸和火荷载对钢柱的联合作用效果,以有限元软件ABAQUS为基础,建立了爆炸和火荷载对钢柱联合作用的三维有限元数值分析方法,包括显式准静态分析、显式动力学分析、显式热传导及热应力耦合分析3个步骤,计算过程中考虑了应变速率和高温软化效应对材料本构关系的影响。通过典型的钢柱抗火试验数据验证了分析模型和方法的可行性,并利用该方法定量分析了先爆炸后火荷载联合作用下钢柱的变形与破坏特点。结果表明,爆炸荷载降低了钢柱的耐火极限。     

爆炸荷载作用下框架结构的损伤机理研究

爆炸荷载可能导致框架结构出现连续倒塌,为研究结构物整体的抗爆性能,本文采用AUTODYN对钢筋混凝土框架结构在爆炸荷载作用下的破坏过程进行了数值模拟,模型考虑了炸药-空气-结构之间的流固耦合相互作用,分析了框架结构的破坏机理,模拟结果较合理地展现了框架结构的损伤过程。     

堰塞坝漫顶溃决过程数值模拟

根据堰塞坝坝体材料的宽级配特性,建立描述堰塞坝漫顶溃决溃口发展规律与流量过程的数值模型。该模型引入与水流方向垂直的附加作用力来考虑粗颗粒对细颗粒的阻拦和遮蔽作用以及细颗粒对粗颗粒的包围和填实作用。基于不同土体陡水槽冲蚀试验结果,针对宽级配堰塞坝材料在高强度水流侵蚀条件下的冲蚀特性,建议采用能反映坝体材料颗粒级配、密实度、强度、坝体坡度、水流速度及摩阻流速对冲蚀量影响的土体冲蚀公式。利用该数值模型对唐家山堰塞坝溃决案例进行计算分析,所得溃坝洪水流量过程与实测结果接近,验证了该模型和计算方法的合理性,表明该模型能准确反映水库库容和上游补给水流量对堰塞坝漫顶溃决发展过程的影响。     

氧气高炉多流体数值模拟与分析

为研究不同氧气高炉操作流程及操作参数对高炉内部过程产生的影响,预测氧气高炉流程各参数的变化规律,基于多流体理论、冶金传输原理、冶金反应动力学与热力学理论以及计算流体力学建立了普通高炉多流体模型,并在此基础上修改边界条件及内部相关参数,建立氧气高炉多流体数学模型。通过建立的模型分别对普通高炉和气化炉氧气高炉(GF-FOBF)流程中的氧气高炉进行了模拟计算,得到两种工艺流程下高炉内温度场、浓度场和速度场等典型参数的分布情况。通过对计算结果的对比,分析了氧气高炉操作条件下炉内状态的主要特征和相对于普通高炉发生的变化,发现氧气高炉内部速度场、温度场均发生变化,特别是气相组分的均匀分布问题明显。本模型可为氧气高炉流程试验及流程开发提供参考。     

近地面爆炸荷载作用下地下结构的动态响应研究

爆炸荷载对地下结构的影响是工程界关注的重要问题。基于AUTODYN软件,采用SPH与FEM耦合的模拟方法,模拟和研究了近地面爆炸冲击荷载作用下,地下结构的动态响应过程。研究结果表明,爆炸荷载属于短时间冲击荷载,结构损伤破坏与加速度变化剧烈程度相关,在实际工程中应予以注意。     

模型试验与数值模拟对尾矿坝稳定性综合预测

为探析设计中的小打鹅尾矿坝在未来运行中的稳定性,遂以小打鹅尾矿库设计资料为依据,采用尾矿坝堆坝物理模型试验方法模拟了该尾矿坝堆积的全过程,探析尾矿颗粒在库内的分布与沉积特征、坝体浸润线的埋深及变化规律,在此基础上运用ANsYS非线性软件对该尾矿坝在正常运行和洪水运行两种工况条件下进行数值模拟,综合预测了尾矿坝在未来运行中的稳定性.结果表明:堆坝初期干滩面较短;堆坝中后期浸润线埋深基本保持在6～10 cm下相对稳定的位置;水流对尾矿的分选作用不很明显,在库水位置尾矿出现明显细化现象;正常运行下坝体是稳定的,洪水情况下坝体浸润线偏高、受力较大,相对比较危险,必须采取相应排渗措施.     

近爆作用下方形板表面爆炸载荷分布函数研究

爆炸载荷作用的方式和大小是结构物遭受破坏的主要原因.目前的大多数研究都将爆炸载荷简化为双直线的形式,与实际的时程曲线差异较大,并且直接施加到结构上,回避了气体和结构间的流固耦合相互作用,对于近爆或内部爆炸将会对计算结果带来较大的误差.为了快速确定方形板近爆作用下结构表面的荷载,本文利用数值模拟方法研究了爆炸冲击波与结构的相互作用,提出了方形板结构表面上不同点处爆炸载荷的分布函数,并建立了板结构表面中心点处爆炸载荷参数的简化预测公式,利用这些公式提出了构建结构表面任意点处爆炸载荷的一般方法.结果表明,利用这些公式,可以预测任意尺寸结构构件在近爆爆炸环境中承受的爆炸载荷的各参数(峰值压力和冲量).     

汶川震区桃关沟泥石流浆砌块石坝损毁数值仿真研究

通过对汶川桃关沟泥石流下游浆砌块石坝损毁特征调查,发现该类坝体受块石冲击后坝体结构表面拉裂或碎裂,产生大变形,形成凹坑等,受后期泥石流体的冲击损坏。按1∶1建立数值仿真模型,数值仿真结果显示,坝体损毁特征与调查的结果基本一致,坝体受到的大块石冲击力与理论计算的值相差约14.04%,数值仿真的结果在一定程度上可以指导该类坝体的设计及后期修复治理工作。     

温度荷载作用下拱坝裂缝的断裂力学分析方法

混凝土拱坝或碾压混凝土拱坝,无论在施工期和运行期,温度荷载都是引起坝体开裂及裂缝扩展的重要原因.对坝体裂缝扩展的分析计算,用断裂力学的理论和方法较为适宜.文章提出了用DL08P2程序计算在温度荷载作用下拱坝裂缝的断裂力学计算方法.并以实际工程算例说明了其应用.     

数值方法在大坝破坏分析中的应用

论述在大坝破坏分析中数值计算方法的发展过程和现状．简述目前广泛使用的结构力学分析法、连续变形分析法、非连续变形分析法、整体稳定分析法的基本原理和单元剖分思路,逐个分析它们的适用范围和存在的不足之处,指出数值计算方法亟待解决计算结果对单元网络剖分的依赖性等关键和基础性问题以及进一步努力的方向．     

动态三轴压荷载历史对大骨料混凝土动态单轴抗压强度影响

利用静、动三轴试验机对大骨料混凝土预先施加三轴压荷载历史,之后对经历荷载历史的试件进行同应变率的单轴受压试验,研究了大骨料混凝土的动态受压性能与所经历的加载速率(应变率为10-5~10-2 s-1)和应力比荷载历史的关系.所有试验的三轴压荷载历史中σ3均加载至2.8fc,且未达到材料的极限强度,但是大部分试件已产生了微裂缝和不可恢复的变形.试验表明:在单轴受压试验中,大骨料混凝土破坏会沿着已有的裂缝继续发展,破坏形态不同于单轴抗压的柱状破坏,而与三轴压荷载下的斜剪破坏极为相似.经历三轴压荷载历史后的大骨料混凝土的抗压强度随着侧压力的增加而降低,随着应变率的提高而提高.强度损失随着应变率的增加而减小,随着侧压力的增加而增加.