爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁破坏形态有限元分析

在持续时间较长的爆炸荷载作用下,钢筋混凝土框架或梁通常会发生常见的弯曲破坏形态,但是在持续时间较短的爆炸荷载,如化学爆炸产生的脉冲荷载作用下,钢筋混凝土结构有可能在弯曲破坏发生之前产生剪切破坏。这种现象已被室内外试验所证实,其原因是脉冲荷载激发了结构中的剪力,从而使结构产生剪切破坏。为了预报钢筋单纯凝土梁在爆炸荷载下的响应破坏形态,本文提出了一种基于Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ梁理论的非线性分层梁有限元法。在材料模型中考虑了混凝土和钢盘的右面线性和应变速率效应等因素。应用这方法,本文计算分析了爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动态响应以及弯曲、弯剪和剪切等不同的破坏形态,计算预报的结构动态响应和破坏形态与现场试验结果有较好的一致性。     

爆炸荷载作用下坑道结构振动响应及影响因素分析

根据爆炸荷载条件下的模型坑道试验,运用LS-DYNA显式动力分析软件,对试验中典型坑道段在顶爆和侧爆作用下的动力响应进行了数值模拟计算,研究了模型坑道结构在爆炸荷载下的最大振动加速度分布特征,并与试验结果进行了对比验证。结果表明,计算结果和实测结果基本吻合,能够真实反映爆炸荷载下坑道结构的振动响应。最后对不同单个影响坑道振动的截面形状参数进行了一系列数值计算,分析了在相同爆炸荷载下单个特定参数对坑道振动影响规律。     

爆炸荷载下桥墩挂板防护性能研究

为研究挂板对桥墩在爆炸荷载作用下的防护性能,利用ANSYS/LS-DYNA建立钢筋混凝土板爆炸数值模型并验证其有效性,对有无挂板防护空心截面桥墩数值模型在爆炸下的响应与破坏进行分析比较,通过观察应力波的传播过程、桥墩的破坏形态以及背爆面位移,进一步讨论挂板面板厚度、芯层密度及芯层厚度等关键参数对挂板爆炸防护效果的影响.研究表明:安装挂板可显著减轻桥墩在爆炸荷载下的损伤;当挂板面板厚度从1 cm增加到3 cm、芯层厚度从10 cm增加到30 cm,桥墩背爆面位移显著降低;在一定范围内,挂板防护性能随芯层密度的增大而提高,对轻质挂板应用于桥墩爆炸防护具有一定指导意义.     

不同连接方式对钢梁钢柱节点抗爆性能的影响

研究爆炸荷载作用下钢梁钢柱节点的动力学性能,对有效预防整体结构的连续性倒塌具有重要意义。先利用有限元分析软件ANASYS/LS-DYNA对爆炸荷载作用下的钢梁进行数值模拟,并与Amr的实验结果进行对比以验证模型和所用材料参数的合理性;然后研究采用不同连接方式(狗骨式连接和端板螺栓式连接)对钢框架梁、柱节点抗爆性能的影响。研究表明:与端板螺栓式连接相比,在相同爆炸荷载作用下,狗骨式连接时节点的最大应力较小,梁跨中节点的最大挠度最大。由于狗骨式连接在梁的上、下翼缘处进行了一定的削弱处理,使得较长的梁段能同时进入塑性阶段,可有效保护节点。在相同爆炸荷载作用下,端板螺栓式连接时,节点的承载能力和抗塑性变形能力要优于狗骨式连接。     

不同连接方式对钢梁钢柱节点抗爆性能的影响

研究爆炸荷载作用下钢梁钢柱节点的动力学性能,对有效预防整体结构的连续性倒塌具有重要意义。先利用有限元分析软件ANASYS/LS-DYNA对爆炸荷载作用下的钢梁进行数值模拟,并与Amr的实验结果进行对比以验证模型和所用材料参数的合理性;然后研究采用不同连接方式(狗骨式连接和端板螺栓式连接)对钢框架梁、柱节点抗爆性能的影响。研究表明:与端板螺栓式连接相比,在相同爆炸荷载作用下,狗骨式连接时节点的最大应力较小,梁跨中节点的最大挠度最大。由于狗骨式连接在梁的上、下翼缘处进行了一定的削弱处理,使得较长的梁段能同时进入塑性阶段,可有效保护节点。在相同爆炸荷载作用下,端板螺栓式连接时,节点的承载能力和抗塑性变形能力要优于狗骨式连接。     

水下爆炸近距气泡作用下船体箱型梁损伤特性数值模拟方法研究

为了研究水下爆炸近距气泡作用下船体结构损伤特性的数值模拟方法,以某实船缩比试验模型——箱型梁为仿真对象,应用MSC-DYTRAN非线性瞬态有限元分析软件,建立了船体箱型梁在水下爆炸近距气泡作用下的仿真模型,欧拉水域中考虑静水压力场,采用开放式流场边界技术处理流场边界,应用自适应网格技术处理多材料多欧拉域,引入修正的冲击波压力场对冲击波作用阶段进行修正。对冲击因子为0.236的典型试验工况进行数值模拟,分析了箱型梁在近距气泡作用下的破坏机理,并将数值计算结果与试验结果进行对比,结果表明:船体结构与气泡相互作用规律、船体结构的破坏模式及典型部位的应变时程曲线与试验结果吻合良好,两者误差在25%以内,该方法为利用数值手段研究爆炸气泡对整船的毁伤特性提供了一个有效的解决途径。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁非线性有限元分析

利用大型通用有限无软件ANSYS对钢筋混凝土梁在爆炸荷载作用下的动力响应进行数值模拟 ,其中混凝土采用ANSYS软件中特有的SOLID65单元类型和专门的材料模型CONCRETE ,钢筋采用LINK8杆单元和随动硬化双线性弹塑性 (KinematicHardeningBilinearPlasticity)模型来实现 ,并与Suidan和Schnobrich[1] 的方法进行比较 ,计算结果与Suidan和Schnobrich预示的响应十分吻合。     

船体梁在近距爆炸冲击波作用下动态响应的相似律研究

以船体梁在爆炸冲击波作用下发生整体塑性运动响应的理论方法为基础,首先确定了影响梁整体结构最终塑性变形的相关物理量,利用定律对该问题进行相似性分析,给出相似参数和准确相似条件。研究了考虑结构应变率强化效应造成的相似畸变问题,分析了模型缩比尺度、模型应变率大小以及不同结构材料对相似误差的影响。研究发现:随着缩比尺度的减小,或结构应变率响应值的增大,预报误差将增大;所用结构材料的应变率敏感度越高,模型预报原型的误差越大。结论可用于指导船体梁在水下爆炸冲击波作用下动态响应的模型试验设计。     

泡沫铝夹芯梁抗爆性能的数值模拟分析

运用有限元软件LS-DYNA分析重量相同的2种材料梁在爆炸荷载作用下的动力响应,其中一种由304#不锈钢面板与泡沫铝芯材复合而成的夹芯梁,另一种由304#不锈钢单一材料制成的实体梁.对比了相同重量2种梁在跨中位移的变化情况,并将泡沫铝夹芯梁的计算结果与文献实验数据作了对比分析.结果显示,在冲量分别为1.83 kNs/m2、3.77 kNs/m2、6.08 kNs/m2及7.0 kNs/m2动荷载作用下,304#不锈钢实体梁的跨中位移分别是304#不锈钢面板泡沫铝夹芯梁跨中位移的1.1倍、1.35倍、1.26倍及1.14倍.由此可知,相同重量304#不锈钢面板泡沫铝夹芯梁较304#不锈钢实体梁具有更好抵抗爆炸荷载作用的能力.     

水下爆炸载荷作用下细长体圆柱壳结构鞭状响应

采用2阶DAA流固解耦技术,对水下爆炸载荷作用下细长体圆柱壳结构的鞭状响应进行分析研究。经模型试验验证后,对细长体圆柱壳梁模型随不同药包爆炸方位、不同爆距及不同低频振动频率耦合程度变化时的鞭状响应进行计算,揭示圆柱壳梁模型在水下爆炸载荷作用下的总体低频运动特性及鞭状响应规律,为研究细长体圆柱壳结构在水下爆炸载荷作用下的鞭状效应总体损伤提供试验基础及理论方法。     

车载危爆品爆炸作用下桥面压力场分布及破坏效应研究

为了探索车载危爆品发生爆炸造成桥梁损伤的破坏形态及桥面上爆炸荷载压力场的分布规律，采用AUTODYN软件建立了精细化数值模型，分析不同形状尺寸车厢钢板及多种爆炸工况下桥面荷载压力场的区域分布特征，给出了钢板发挥阻挡冲击波作用的临界尺寸。针对开展桥梁爆炸实验存在风险高、耗资大的难题，参考一座实桥遭遇危爆品爆炸事故后的详细检测报告，反演其爆炸损毁过程。基于最小二乘法对大量数值算例结果进行多项式曲线拟合，对传统的自由空气域爆炸冲击波压力计算公式进行了修正，提出了考虑车厢钢板阻挡的车载物爆炸作用下桥面超压峰值预测公式。经此公式计算得出的荷载压力分区与实桥检测报告中桥面破坏区域的对应吻合情况良好。研究成果可为桥梁结构的防爆抗爆设计提供参考。     

舰船舷侧防护结构在水下接触爆炸荷载下的破坏分析

爆炸荷载作用下板架结构的破坏变形是非常复杂的非线性动态响应过程.采用能量原理,对4层板架结构在接触爆炸荷载作用下的破坏进行了理论分析,推导得出了舷侧防护结构各层板的破口半径及内层板挠度的计算方法.通过算例与实验进行比较,可知理论计算与实验结果吻合较好,表明该方法可用于板架结构在接触爆炸荷载作用下的毁伤分析,对舰船防护结构的设计具有指导作用.     

地应力对混凝土材料中爆炸应力波传播影响规律研究

为研究山体、坝体等自然环境下不同地应力水平对爆炸应力波传播的影响,采用数值模拟技术对不同地应力条件下混凝土试件进行爆炸模拟试验。通过对混凝土试件边界处施加不同大小的应力,观察了在不同地应力下试件承受爆炸荷载后的破坏现象;通过改变模型单边地应力数值设置对照组,随后对不同模型施加相同爆炸荷载,得到了试件中各预设的4个测点的峰值应力及质点运动速度。借助试验中测点峰值应力与质点运动速度等爆炸波特征参数的变化,进而分析了不同地应力大小对爆炸应力波传播的影响。结果表明：地应力对爆炸应力波的影响主要表现为在高地应力水平下的“抑制传播”与低应力水平下的“促进传播”。爆炸过程中,爆炸应力波与地应力的叠加耦合增大了测点峰值应力强度,反之,高地应力抑制了介质颗粒的位移,从而降低了质点运动速度。研究从不同地应力水平对爆炸应力波的传播影响角度入手,创新性地分析了地应力对应力波的抑制作用,其结果可为深地下钻孔爆破过程中破坏区的预判,地下结构抗爆防护等方面提供一定的理论依据。     

汽车炸弹爆炸冲击波作用下建筑物的动力响应分析

利用动力分析有限元程序LS-DYNA3D,对三层框架结构建筑物在汽车炸弹爆炸荷载作用下的动力响应进行数值模拟.将建筑物在空气冲击波作用下和空气冲击波与地震波共同作用的动力响应作了比较,得出不同位置处质点压力和等效应力等参数,分析了爆炸冲击作用下建筑物的破坏效应,为建筑结构的防护设计提供依据.     

钢筋混凝土隔离墙抗爆性能数值模拟研究

为了研究钢筋混凝土隔离墙在爆炸荷载作用下的动态响应和抗爆性能,采用LS-DYNA有限元软件建立9 m跨度隔离墙结构简化模型,模拟了不同药量和爆炸距离下隔离墙的动态响应。将模拟结果与经验超压公式计算结果和已有试验结果对比,验证了爆炸荷载和材料参数选取的合理性,分析了结构的破坏过程、冲击波作用规律、墙面荷载分布规律和结构变形情况。结果表明:建立的数值模拟可以较好地模拟爆炸冲击波与结构的相互作用;墙面冲击波压力衰减速率与药量和爆炸距离密切相关,墙面压力衰减幅度可达97.8%。在相同药量时,随着爆炸距离增加,墙体底部压力减小,顶部冲量增加;墙体结构由小变形转变为结构整体的较大变形;比例距离小于0.376■时,墙体底部容易发生剪切破坏。模拟结果可以为抗爆隔离墙的设计提供依据。     

工字形钢柱的爆炸作用分布特征与计算研究

为研究工字形钢柱上的爆炸荷载特征,明确在不同爆炸条件下工字形钢柱的破坏形式,通过数值计算和试验数据相结合,在三种不同爆炸类型条件下,对钢柱不同位置测点的冲击波曲线形式进行分析,并对钢柱不同翼缘的爆炸荷载水平及竖向分布形式进行总结,给出工字形钢柱上爆炸作用的确定方法。研究结果表明：当爆炸作用沿钢柱强轴时,荷载在翼缘宽度上可按均匀分布,而随近、中、远爆炸类型的变化,荷载沿钢柱竖向分别呈双曲线、梯形和矩形分布特征,而荷载峰值可按TM5-855中试验数据确定;当爆炸作用沿钢柱弱轴时,荷载在腹板上可按均匀分布,而在翼缘上呈三角形分布特征,荷载峰值可按TM5-855中试验数据值乘以相应的放大系数得到;爆炸荷载对钢柱响应形式影响显著,随着爆炸距离的增大,钢柱由局部破坏向整体破坏转变。     

爆炸荷载下钢管混凝土构件动态响应的数值模拟与试验验证

通过数值模拟和试验两种方法对爆炸荷载下钢管混凝土构件(CFST)的动态响应进行研究.首先基于LS-DYNA非线性有限元分析软件,采用多物质流固耦合方法,建立爆炸荷载下CFST数值模型;其次,设计三根钢管混凝土试件的爆炸罐内近距爆炸试验,并基于试验结果对数值模型的有效性及合理性进行了验证;最后总结爆炸荷载作用下CFST的破坏规律,并通过参数化分析方法,研究核心混凝土强度与钢管厚度对CFST抗爆性能的影响.结果表明:数值模拟方法能够有效合理地反应CFST在爆炸荷载作用下的动态响应,对比爆坑深度和测点加速度的模拟结果与试验结果,误差均在10％以内;近距离爆炸荷载下,CFST结构的破坏形式可分为4个阶段:迎爆面破坏、跨中弯曲变形、端部受拉、振动阶段;提高核心混凝土强度和增大钢管厚度都能改善CFST的抗爆性能,核心混凝土等级为C50、C70、C80的构件背爆面中心位置位移最大值相比于C30等级分别减小了2.3％、4.3％、5.3％,钢管厚度为4 mm、5 mm、6 mm的构件相比于3 mm钢管背爆面中心位置位移最大值分别减小了17.0％、28.6％、37.4％,钢管厚度对结构抗爆性能的改善效果更为明显.     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土柱损伤FEM分析

采用有限元分析方法,对钢筋混凝土柱在爆炸荷载作用下的损伤程度进行了数值分析和评估,为建筑物抗爆设计和选择防爆安全距离提供一定的参考。采用有限元软件对钢筋混凝土框架柱在外部爆炸荷载作用下的非线性反应特征和损伤程度进行分析,采用一种塑性损伤模型,数值模拟分析时考虑材料的应变率效应。将混凝土框架柱的损伤划分为四个等级,并给出柱的防爆等级与距离的评估图。     

室内爆炸超压荷载简化模型

美国UFC规范计算室内爆炸荷载时假设爆炸荷载在整个空间均匀分布,但由于壁面的限制作用,真实室内爆炸的压力场并不均匀。该文利用非线性显式动力分析程序AUTODYN的Remap技术对室内爆炸进行模拟,研究了壁面爆炸荷载的分布规律;依据壁面爆炸超压时程曲线特点及其峰值超压分布,对爆炸荷载作用区域进行划分,并提出了各区域爆炸荷载典型参数—峰值超压、冲击波作用时间、准静态峰值气体压力及吹降时间的计算式,建立了室内爆炸荷载简化模型,并进一步研究了爆源高度和房间尺寸对荷载简化模型的影响。结果表明:室内爆炸下壁面不同区域爆炸荷载的分布形式及计算方法不同,拟合得到了各区域爆炸荷载的简化计算式;爆源高度及房间尺寸对峰值超压影响较大,对冲击波冲量影响较小。     

泡沫铝在油气爆炸荷载作用下的吸能减冲击性能

针对油气爆炸防护薄弱的现状,基于爆炸荷载作用下单自由度阻尼系统动力响应的理论,提出利用泡沫铝优良阻尼性能降低板在油气荷载作用下的动力响应的方法,并利用数值仿真分析了在板前增加泡沫铝与增加橡胶2者对板动力响应衰减程度的优劣及影响泡沫铝衰减油气类爆炸冲击波的影响因素.研究显示:将泡沫铝应用到油气类爆炸防护中是可行的,能有效...