基于新型轴对称无网格方法的水下爆炸冲击波和气泡运动数值模拟

采用无网格光滑粒子流体动力学（smooth particle hydrodynamics,SPH）方法,结合粒子体积自适应技术（volume adaptive scheme, VAS）构建高精度、高效率的新型轴对称SPH模型,实现水下爆炸冲击波和气泡运动模拟。在冲击波传播阶段,通过与经验公式及文献理论值对比,验证了该轴对称SPH模型的精度。针对气泡脉动模拟,选取典型的双气泡耦合问题,分析气泡形态和压力载荷的力学特性,讨论了两气泡之间的距离参数对气泡相互作用过程的影响。结果表明,该新型轴对称SPH模型可实现水下爆炸过程压力载荷和气泡形态演化的精确预报。     

切缝宽度对药包爆炸效应影响的动光弹试验

为了解切缝宽度对切缝药包爆炸聚能效应的影响,用动态光弹性法对不同切缝宽度的切缝药包的爆炸过程进行了试验,获得了切缝药包爆炸过程中的序列等差条纹图。通过对条纹图和动态应力集中系数的分析比较,得到了爆炸初期沿切缝方向的最大剪应力的回归曲线和公式,明确了切缝宽度对切缝药包爆炸效应影响的规律,即切缝宽度越小,聚能效应越明显,破坏威力也越大。     

气爆荷载下弯曲构件动力响应数值计算

针对建筑结构内部气体爆炸荷载升压时间长、峰值压力小、压力峰值较多的特点,以等效单自由度方法为基础,通过将荷载、抗力矩阵化准确描述加载过程与结构动力特性,推导得到了气爆荷载下结构动力响应的数值计算方法,并与实验数据对比验证其准确性.研究发现:与实际气爆荷载相比,简化荷载因为忽略了荷载变化速率的影响使得计算的结构振动位移要小于实际情况,而阻尼的存在可以减少这种计算误差.相同峰值的荷载作用时间越长,对结构产生的变形能越大,结构的最大振幅与残余变形越大.初始速度与初始位移均会增加结构的振动挠度与残余变形,初始速度相当于结构额外受到了冲量荷载,而初始位移则相当于结构承受了外部静载.      

切缝药包聚能效应的动光弹试验

为了了解切缝药包聚能效应的机理,用动态光弹性法对切缝药包的聚能效应进行了试验,获得了切缝药包爆炸过程中的序列等差条纹图.通过对条纹图的分析,得到了动态应力集中系数,并回归得到了炮孔切缝处剪应力变化的曲线和公式,基本达到了试验的目的.     

非线性摆型波问题的提出及科研仪器研制

总结了地下强爆炸动力作用下,岩石地质材料动力变形与破坏方面的试验与理论研究成果,包括在描述岩石的力学和震动效应中连续介质力学的不适用性,以及关于地下爆炸所诱发出的具有独特性质的非线性弹性摆型波的试验证据.指出与岩体构造层次相关的摆型波的理论预测和试验验证正逐渐形成非线性岩石力学的重要研究方向,并在诱发地震、岩爆及其他地震动事件的研究中展现出了重要的应用前景.在综述文献的基础上,提出实际地质介质对外部动力效应响应的物理试验模型,并开发了相关的试验仪器及量测系统,期望为深部岩体非线性力学行为的发展提供可靠的试验支撑.     

PVDF压力计在相似材料动态力学参数测试中的应用

随着相似材料逐渐用在动力学模型试验中,其动态力学参数的测试和研究显得尤为重要.相似材料是软弱材料,其强度较低,波阻抗也无法与Kolsky杆常用的钢杆或铝杆相匹配,因而无法利用传统的应变测量系统进行动态力学测试.本文基于一维应力波理论,推得被测试件端面应力与应变、应变率之间的关系表达式,进而利用PVDF压电薄膜传感器改进SHPB装置的压力量测方法和系统;采集到相似材料的动态压力信号,得到了相似材料在不同应变率下的全应力应变曲线、动态弹性模量、动态峰值强度以及随速率变化的关系.      

深部工程围岩松动圈范围确定及变形破坏机理

随着埋深增加,深部工程围岩在开挖后应力重分布形成支撑压力区,破坏后将形成新的破裂面,稳定的支撑压力区即为围岩的松动圈。围岩松动圈范围的确定以及变形破坏机理的研究,关乎围岩变形稳定控制支护的方式方法。利用围岩的平衡方程和泰勒展开方法,得到松动圈的初始半径,并采用Maxwell方程来表征岩体中缺陷应力演化,推导了围岩松动圈发生劈裂破坏的条件。     

隧道洞库施工监测方案的优化设计

为了解决隧道、洞库施工监测中测值偏小、误差偏大等问题,依据三角形测线网优化布置的思路,对某隧道洞库的施工动态监测网方案进行了优化设计.对测量结果的分析表明,优化后的监测方案一方面可以使测线的布置分布更合理,提高量测的有效性和准确性,取得一定的经济效益;另一方面提高了反分析计算的精确度,使得到的基本力学参数更加精确和合理.这一优化方法,也可适用于其他隧道洞库的施工监测.     

建筑物泄爆结构风险设计方法

结合爆炸事故中不确定性,提出一种泄爆结构风险设计方法.从事故发生概率、爆炸荷载概率分布、后果不确定性三个方面构建风险计算模型,建立了以风险接受标准为设计准则的泄爆面积设计方法以一工业厂房为例,利用建立的方法进行泄爆设计,分析发生概率、厂房体积以及设计安全系数对设计泄爆面积的影响结果表明：与目前标准相比,本方法考虑因素更为全面,设计方法更加灵活,可作为相关标准规范的补充以及规范未涉及建筑物防爆设计的重要参考依据     

爆炸震动下钢板屏蔽室动力特性及屏蔽效能实验

为研究钢板屏蔽室在爆炸震动条件下的综合性能,通过野外埋设TNT炸药爆炸震动实验,研究了爆炸震动下焊接式和拼装式钢板屏蔽室的动力特性和屏蔽效能。实验结果表明,焊接式钢板屏蔽室结构强度高、刚度大、变形小,屏蔽效能下降较少;拼装式屏蔽室结构强度较低、刚度较小、变形较大,在爆炸震动加速度达到70～80 m/s2时,出现局部钢板塑性变形、部分锡焊点脱焊等局部损伤现象,使屏蔽效能显著下降。因此,防护工程中使用的屏蔽设施应当加强结构的抗震性能或对屏蔽设施采用减震措施。