爆炸流场与玻璃幕墙动力响应的仿真计算方法

采用ALE有限元法进行了爆炸流场与复杂玻璃幕墙结构相互作用的三维动态仿真。针对数值仿真过程中计算效率过低的问题,根据显式有限元和距离爆炸冲击波试验问题的计算特点,利用高性能计算平台设计并实现了爆炸冲击波与玻璃幕墙动力响应的分步流固耦合仿真计算方法。研究了爆炸冲击波作用下幕墙玻璃的动力响应情况,通过与试验结果相比较,证实了该仿真方法的可行性,为玻璃幕墙结构的抗爆设计与改进提供了参考依据。     

空气隔层对水下爆炸冲击波的缓冲效应

由于水下爆炸对结构的破坏能力比空中爆炸要强得多,因此针对水下结构的防护越来越受到重视。根据一维应力波在不同介质交界面的透射反射理论,从理论上分析了低波阻抗介质(如空气)对水下爆炸冲击波传播的影响。通过建立含空气隔层的水下爆炸全耦合模型,考虑水下爆炸冲击波与空气隔层及爆轰产物的动态相互作用,研究了空气隔层对水下爆炸冲击波的缓冲效应,揭示了空气隔层的运动发展过程。同时分析了空气隔层厚度及位置对水下爆炸冲击波缓冲效应的影响。结果表明:空气隔层距防护对象越近,防护效果越佳,具有重要的工程应用价值。     

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。     

外接触爆炸荷载作用下大口径钢管变形与破坏效应的数值模拟

摘 要：基于动力有限元程序LS-DYNA及Lagrangian-Eulerian耦合方法,对大口径钢管在凝聚态炸药外接触爆炸载荷作用下的非线性动态响应过程进行数值模拟,描述了管道的变形情况、破坏过程以及管道内部应力的发展过程,分析了炸药质量、管道壁厚等因素对钢管破坏效应的影响。并在相同的条件下进行了实验研究,计算结果与实验数据具有较好的一致性。研究表明,小质量炸药爆炸后在装药与钢管接触处产生凹坑、鼓包及层裂等破坏效应;而较大质量炸药爆炸后在其爆破部位发生剪切破坏产生类似弹丸的破片,破片具有较大的动能,能够击穿另一侧管壁。研究结果可应用于管道结构在接触爆炸作用下的毁伤或防护方面的预测,从而为管道的安全防护设计提供理论依据。     

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。     

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。     

近爆作用下钢筋混凝土板动态破坏的数值模拟研究

当爆炸在结构构件表面发生时,产生的冲击波将会对结构构件造成损伤和破坏,而准确预测潜在的爆炸对结构构件造成的损伤是进行重要建筑物和防护结构抗爆设计的基础。为研究近爆作用下钢筋混凝土板的抗爆性能,采用AUTODYN软件建立了混凝土和钢筋的三维分离式实体模型,数值模型考虑了应变率对钢筋和混凝土材料动力本构特性的影响以及炸药-空气-结构之间的流固耦合相互作用,分析了不同炸药量作用下钢筋混凝土板的损伤机理和破坏特征,合理展现了钢筋混凝土板从混凝土开裂、碎片形成、部分钢筋屈服断裂到板局部震塌的动态演变过程。随着炸药量的增大,钢筋混凝土板的破坏模式逐渐由整体弯曲破坏转变为局部的冲切破坏     

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。     

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.     

瓦斯爆炸在封闭管道内冲击振荡特征的数值模拟

摘要：为了研究爆炸波在封闭型系统的冲击和振荡特征及其特征参数变化规律,采用数值模拟的方法研究了封闭型管道内瓦斯爆炸的传播特征。研究结果表明：闭口型系统内的瓦斯爆炸呈明显的振荡特征,对于爆燃波,反射波有2道,即前驱冲击波的振荡和压缩波的振荡。由于冲击波的振荡叠加,使其最大爆炸超压和瞬态流速峰值与开口型系统相比较高,而且在反射波及稀疏波的影响下,爆炸波超压分为三个区。爆炸温度和动压同样呈明显的振荡特征,使得爆炸高温环境维持较长时间,爆炸动压在爆炸传播方向的动压与其他方向相比明显较大。研究结果解释了受限空间内爆炸破坏比开放型系统强烈的原因,为今后受限空间内爆炸的预防与控制提供了基础理论参考。     

基于SPH-FEM方法的水下近场爆炸数值模拟研究

针对结构水下近场爆炸载荷作用响应求解难点,通过改进的三维轴对称光滑粒子流体动力学方法(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH)计算获得近场爆炸载荷后传输给非线性有限元软件ABAQUS,利用声固耦合模型对结构响应进行时域非线性计算,形成预报水下近场爆炸载荷对结构毁伤的SPH-FEM模型,实现从药包起爆、结构大幅变形、局部撕裂直至完全剪切破坏的全过程模拟,对载荷时历曲线进行试验验证。计算背空矩形钢板在近场爆炸载荷的响应表明,数值结果与试验值吻合良好。SPH-FEM模型计算效率高、可操作性强,易推广至大型复杂结构受水下近场爆炸毁伤的分析与评估。     

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。     

近爆作用下钢筋混凝土π梁防护性能的数值模拟

为研究钢筋混凝土π截面梁在近场爆炸荷载作用下的防护方法,采用ANSYS/LS-DYNA建立π梁爆炸数值模型,结合现场爆炸试验结果,对π梁在爆炸荷载作用下的破坏形态进行对比分析,验证数值模型的准确性.通过π梁在近爆荷载下采用不同防护层进行模拟分析,对π梁在不同防护工况下冲击波超压峰值分布规律、结构耗能规律、防护后π梁的破...     

Comparability research on impulsive response of double stiffened cylindrical shells subjected to underwater explosion

In order to evaluate the strength and comparability of impulsive environment of model and practical structure in the water when subjected to underwater explosion, a new shock factor based on energy acting on the structure is presented to describe the loading of underwater explosion. To test the validity of this new factor, numerical experiments of double stiffened cylindrical shells are carried out a series of cases designed by the new factor and two other standard shock factors respectively. The results of the cases designed by the new factor indicate that the kinetic energy, potential energy and shock response spectrums of the structures agree well with each other in different cases designed by the equal new shock factor. However, the results of the cases designed by the two other standard shock factors are rather diverse. The analysis considers that the old shock factors do not take the spherical characteristics of shock wave front and relative position between detonation and structure into account, which can hardly reflect the similarity of underwater explosion loadings. The new shock factor can make up for such limitations.     

Prediction of airblast loads on structures behind a protective barrier

Experimental results and numerical simulations have demonstrated that a protective barrier can effectively reduce blast load and, therefore, protect structures from an external explosion. However, there are no formulae in the open literature that can be used to estimate the blast loads on a structure behind a barrier. In this paper, pseudo-analytical formulae based on numerical results are derived to estimate the reflected pressure-time history on a rigid wall behind a protective barrier. Numerical simulations of blast wave propagation are carried out to estimate the peak reflected pressure and the impulse on a rigid wall behind a blast barrier. The shock wave front arrival time and positive phase duration are extracted from the numerical results. Pseudo-analytical formulae, which are derived from the best-fitted curves of the numerical results, are suggested. These formulae can be used with those given in TM5-1300 or other methods for blast pressure estimation in the no-barrier case, to estimate pressure-time histories at various building locations behind a protective barrier.     

一种传感器结构对水中爆炸冲击波影响的数值模拟研究?

为了了解一种流线型传感器结构对水中爆炸冲击波传播的影响规律,利用有限元方法对这种流线型传感器结构附近的水中爆炸冲击波传播过程进行数值模拟,研究分析了这种流线型传感器结构对水中爆炸冲击波传播的影响规律。研究结果表明,这种流线型传感器的前端锥体结构会使传感器结构表面冲击波增强,冲击波压力增大。传感器结构外径尺寸越大,对冲击波的增强作用越明显,前端锥体结构锥角高度不同的传感器结构对冲击波增强作用没有显著差异。     

基于小波、小波包两种方法的爆破振动信号对比分析

在小波、小波包的理论基础上,结合某市城市建设中基岩爆破中振动监测数据,采用这两种方法对同一爆破振动信号在信号去噪、对细节信号的处理、信号的分解与重构方面将两种方法的应用和效果进行了对比。分析表明,采用小波包技术研究爆破地震波信号比小波分析技术有更强的灵活性,能更加完整地反映爆破振动信号的特征。     

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。     

考虑空化效应的舰艇水下爆炸仿真研究

为了分析空化效应对舰艇水下爆炸冲击响应的影响。对一维Bleich—Sandler模型进行了数值仿真计算,验证了计算方法的正确性,分析了空化闭合二次加载产生的速度截断现象,并应用于二维中截面舰艇模型水下爆炸数值仿真。结果表明空化在冲击波到达结构表面后就会发生,空化闭合会产生显著的二次冲击加载作用。这在舰艇水下爆炸仿真计算中必须加以考虑。     

恐怖爆炸袭击下建筑迎爆面冲击波荷载的计算

恐怖爆炸活动越来越受到人们的关注。为此建立了恐怖爆炸袭击下建筑迎爆面冲击波荷载的分析模型,在此基础上通过经验方法和数值方法对建筑迎爆面的冲击波荷载进行了计算,并列举一典型算例说明了两种算法的具体实施过程;对两种算法的计算结果进行了比较,验证了两种算法的有效性和可靠性。