MRD与滑移隔震混合控制结构及其优化设计

为了改善滑移隔震结构的减震效果和适用范围,提出3种磁流变阻尼器(MRD)与滑移隔震混合方案,建立了MRD与滑移隔震混合控制结构的动力分析模型,对6层MRD与滑移隔震混合控制结构进行地震反应分析。MRD与滑移隔震混合结构的3种混合方案的相对加速度峰值、相对速度峰值、相对位移峰值和层间剪力峰值分别比滑移隔震结构有不同程度的降低,而混合方案3的控制效果更加明显。在此基础上,建立了MRD与滑移隔震混合结构优化设计模型,采用IHGA程序对结构进行优化设计。结果表明,MRD与滑移隔震混合结构的各项地震反应均得到了更好地控制。     

叠层橡胶隔震支座夹层受拉模型与分析：理论模型

为分析普通圆形叠层橡胶隔震支座的受拉性能,本文基于弹性力学理论,建立了叠层橡胶隔震支座橡胶夹层的受拉分析模型,根据橡胶层的约束边界条件及普通橡胶材料的不可压缩性质,推导了橡胶夹层的应力与位移分布简化计算公式。根据推导结果对橡胶夹层的应力分布与变形规律（如橡胶层内外自由边的变形形状）进行分析,并通过有限元数值模型进行了对比,结果表明,本文的分析模型与计算公式可以较好的分析不同形状系数的普通圆形叠层橡胶隔震支座橡胶夹层的应力分布与变形规律。     

有限长柱形药包土中爆腔特征尺寸的计算方法

为计算柱形药包土中爆腔尺寸，提出了一种有限长柱形药包在土中爆炸的特征尺寸近似计算方法，该方法利用球形药包爆腔膨胀准静态模型叠加的方式，给出了长径比较大情况下柱形药包爆腔特征尺寸及塑性区半径。与数值模拟对比表明，该方法的误差随长径比的增大而减小，当球形药包数量N=n、长径比在10及以上时，误差在12.2%以内，表明该方法能够较准确地预测有限长柱形药包爆腔的特征尺寸。     

空孔对直眼掏槽参数及爆破效果的影响研究

为解决含空孔直眼掏槽中炮孔间距、炮孔与空孔距离的确定问题,首先,从爆生气体膨胀做功致裂岩体和空孔效应入手,推导了爆生裂纹的长度计算公式,确定了掏槽炮孔间距a和炮孔与空孔距离L的计算公式,得到了大空孔直眼掏槽空孔处片裂区长度公式,确立了应力集中作用下空孔迎爆侧径向裂纹产生的判据;然后,以灰岩(硬岩)和泥岩(软岩)对比分析了不同设计思想下的爆破参数和掏槽效果;最后,结合工程实践验证了理论分析的可靠性。结果表明:不同设计思想下,含空孔直眼掏槽的爆破破岩机理不同,以a为主时,相邻炮孔间裂纹的贯通是形成槽腔的关键,而以L为主且考虑空孔效应时,炮孔与空孔优先贯通形成槽腔。硬、软岩中应力波(动作用)与爆生气体(静作用)对爆生裂纹长度的贡献率约为4∶1和9∶1,空孔效应导致的软岩的片裂区大于硬岩的,爆破参数设计时应重点考虑;而空孔处产生径向裂纹的临界距离均小于炮孔爆生裂纹长度与空孔半径之和,因此不会产生径向裂纹,爆破参数设计时可不予考虑。以上结果说明,不同设计思想对槽腔掏槽爆破参数和槽腔爆破效果影响较大,基于爆生气体致裂的爆生裂纹长度计算模型可为爆破参数设计提供参考。     

土中爆扩及其挤密效应的研究

对爆扩挤密机理进行了分析，给出了条形药包药管直径、线装药量、振动速度、振动频率和持续时间的计算式，提出了土中爆扩破坏分区的模式与尺寸，对软基处理及爆沉工艺具有实用价值和研究意义。     

隔震结构方程的一种压缩解法

基础隔振体系中，隔震器的刚度远小于上部结构的刚度，如果未知量数目比较大，则经常导致总刚度矩阵病态。本文利用上部结构本身的振型叠加压缩未知数，然后与隔震器构建混合方程，此时形成的方程为非对称方程。大量压缩未知量后，减轻了总刚度矩阵的病态。以四层隔震框架结构分析为例，结果表明，压缩解法和正常解法的静力结果十分吻合，但用Newmark逐步积分计算时，正常直接解法累积误差引起发散，而压缩解法计算不发散。     

气体泄爆压力分步计算模型及其湍流修正

通过将密闭空间内爆燃泄放过程进行微分，假设各微分时段内爆燃泄放过程均按照先燃烧、再泄放、最后压力平衡的过程独立分步进行，最终得到泄爆压力分步计算模型。同时，在尺寸为2 m×1.2 m×0.6 m的爆炸腔体一端安装击穿压力相同、泄放面积不同的泄爆构件进行泄爆实验，对分步压力计算模型进行验证。对比发现:大面积泄放条件下，2个传感器测得的压力曲线基本重合，均为单峰值曲线，此时模型计算值与实验结果吻合较好；小面积泄放条件下，腔体内压力曲线均为双峰值曲线，由于泄放截面改变加剧口部湍流扰动，使得腔体内部产生压力梯度，近泄爆口处传感器测得的第2个压力峰值要大于腔体内部传感器相应的测量值，经湍流速度修正后的压力计算模型可以较好地描述近泄爆口处的压力变化情况。     

球形装药爆腔预测的准静态模型

炸药土中爆炸形成爆腔的特征尺寸会影响远场地震波的幅频特征。为了准确预测爆腔的特征尺寸,本文建立了爆腔膨胀的准静态模型,该模型给出了无限均匀不可压缩的弹性介质中球形装药爆炸形成的粉碎区、裂隙区半径的解析表达式,并利用该模型计算讨论了不同条件下各分区尺度的变化。最后将该模型与现场实验、动力模型所得到的结果进行对比后表明,该模型与以上两者之间的误差约为5.4%~16.0%,能够较为准确地预测爆腔尺寸。     

陷落腔的流场数值计算研究

本文对有限分析解法的近似计算方法及其对计算精度的影响进行了数值计算和分析讨论；然后采用有限分析解法，对前、后壁壁缘高度不同的三种腔内流场运动发展过程及腔口剪切层运动情况作了数值计算，得到的腔口剪切层上腔口随边相互作用情况与对应腔的流场显示实验结果进行了比较，两者一致，计算结果表明，采用本文发展的近似方法计算可靠，可以较大地提高计算效率。     

基底滞后隔震层对建筑结构随机地震反应的控制

本文应用随机最优控制理论提出了用基底滞后隔震层把大震烈度下多层剪切型结构的地震反应控制在弹性范围内的设计计算方法.文中在建立了基底设置隔震层建筑结构计算模型的基础上,确定了它随机地震反应最优控制的评价函数和可靠性约束;并在应用最优控制论导得基底等价线性耗能器的最优反馈增益的前提下,最终得到了把大震烈度下结构地震反应控制在弹性范围内的基底滞后隔震层最优设计参数的计算公式.     

爆炸冲击波绕流的三维数值模拟研究

对爆炸冲击波绕流问题采用可压缩流体模型建立了质量、动量和能量的偏微分守恒方程组,基于多物质流体Euler型算法,采用算子分裂格式,运用体积份额法处理多介质界面,用自行开发的三维数值模拟程序MMIC3D模拟计算了三维空中爆炸的爆源附近和爆炸场中冲击波流场的发展规律,研究了挡墙拐角处绕流的形成和变化情况,分析比较了挡墙的位置、形状对挡墙后爆炸冲击波的影响,并与经验公式进行了比较研究.数值计算基本符合物理规律,说明文中采用的模型和算法是合理的,为工程设计减压设施提供了数值计算依据.     

基于地震波触发的战斗部动爆冲击波试验研究

提出了一种基于地震波触发的战斗部爆炸冲击波超压测试方法,该测试方法能可靠获取战斗部动爆冲击波超压峰值。采用提出的测试方法对着靶速度为0、535和980 m/s的战斗部空中爆炸冲击波分别进行了测试,并对战斗部动爆冲击波超压峰值测试结果和经验公式计算值进行了对比,定量分析了战斗部速度对冲击波压力场分布的影响。最后,在实测数据的基础上采用薄板样条插值方法重建了战斗部动爆冲击波超压三维可视化模型,为实战复杂环境下基于实测数据研究动爆冲击波特性提供了依据。     

爆炸驱动典型活性材料能量释放特性研究

为了研究活性材料爆炸驱动反应特性，基于粉末压制成型工艺，制备了Al/PTFE、Al/Ni两种典型的活性材料及Al₂O₃/PTFE、Al₂O₃/PTFE/W惰性材料。通过爆炸驱动试验，并结合高速摄影、远红外热像仪以及峰值超压测试技术，分析了不同活性材料壳体装药爆炸火球、温度场分布及空气冲击波峰值超压等特性。同时，在炸药爆炸空气冲击波峰值超压经验计算模型中考虑了活性材料释放的化学能，分析了反应释放能量对空气冲击波的影响规律。结果表明:活性材料在爆炸驱动过程中经历了强加载条件下反应、产生碎片并向四周飞散、撞击钢板及后续反应等阶段。活性材料对炸药爆炸产生的空气冲击波具有强化作用，爆炸加载瞬间材料仅发生了部分化学反应。     

基于LS-DYNA的液电效应冲击波数值模拟

液电效应机理复杂,鲜有成熟的商用数值模拟软件能够描述等离子体通道内部特性,为了将液电效应产生的冲击波运用于已有的数值模拟软件中,以满足工程需要,介绍了两种基于显式动力学软件LS-DYNA间接模拟液电效应产生冲击波的方法:水下爆炸等效（分为爆炸能量等效与冲击波能量等效）和理想气体等效,并进行了比较与改进,分析了不同沉积能量下采用不同等效方法得到的峰压计算结果的差异。结果显示,在沉积能量相同的条件下,基于爆炸能量等效方法得到的冲击波峰值压力最高,基于冲击波能量等效方法得到的冲击波峰值压力次之,基于理想气体等效方法得到的冲击波峰值压力最低,理想气体等效模拟的峰压相较于前两种等效方法小1～2个数量级;爆炸能量等效与冲击波能量等效的冲击波波速相等,且高于理想气体等效的冲击波波速;沉积能量减小会使得3种等效方法模拟的峰压均有不同程度的减小,但大小顺序不发生变化;改进后的等效爆炸方法能够适应沉积能量的变化,与Touya经验公式拟合较好;基于LS-DYNA对液电效应冲击波峰值压力进行准确模拟,除了选取适合的等效方法,还应结合具体的放电条件,建立适当的数值模型,在满足计算要求的条件下实现冲击波峰值压力的快速计算。     

岩体中非填实爆炸空腔壁振动状态分析

采用流体动力学模型研究了地下空腔中化学爆炸冲击波的传播过程及空腔壁的运动状态。计算中体现了空气冲击波与空腔壁作用后激发的强谱振幅高频冲击波。在实验中 ,解决了空腔内传感器的防护和抗干扰等技术难题 ,测到了空腔壁的地运动加速度波形。通过对所测波形的时频域分析得出了非填实爆炸在源区和近区激发高频应力波 ,其频率明显高于填实爆炸的频率。这些特征与数值计算相一致。最后简略讨论了数值计算与实验测量中需解决的问题。     

水下爆炸气泡脉动测量及分析

水下爆炸气泡破坏效应是水中兵器的重要毁伤模式之一。为研究水下爆炸气泡脉动现象,建立了小当量水下爆炸实验系统,并进行了爆炸当量分别为0.125g、1.0g、3.375g和8g TNT的水下爆炸实验。采用球形PETN装药并中心起爆,产生球形对称的气泡和冲击波载荷,并利用高速摄像系统记录水下爆炸气泡脉动过程,以及布置压力传感器测量水中冲击波压力。实验获得了清晰的水下爆炸气泡脉动过程图像,得到了冲击波和气泡脉动压力曲线。对数字化图像进行判读,得到气泡脉动直径和周期。另外根据冲击波曲线测量了气泡脉动周期,对比分析了气泡脉动相关参数。结果表明,高速摄像数据测量的气泡直径与经验公式较接近,高速摄像测量的气泡周期与冲击波曲线测量的气泡脉动周期以及经验公式结果具有较好的一致性。本文提出的实验技术安全、经济、可靠,气泡脉动参数判读精确,满足水下爆炸气泡脉动研究需求。     

Coupling Relation Between Air Shockwave and High-Temperature Flow from Explosion of Methane in Air

After a methane-in-air explosion in a coal mine tunnel, a secondary explosion of coal dust is prone to happen. The shockwave in the gas explosion produces a coal dust suspension, and the peak temperature band may detonate that suspension. This secondary detonation depends on the space-time relation between the shockwave and the peak temperature band. This paper presents a methodology to estimate the coupling relation between the air shockwave and high-temperature flow from the explosion of methane in air. The commercial software package AutoReaGas was used to carry out the numerical simulation for the explosion processes of methane in air in the tunnel. Based on the numerical simulation and its analysis, the coupling relation between the leading shock wave and high-temperature flow was demonstrated for a methane-in-air explosion in a tunnel. In the near field of the ignition point, the deflagration wave transmits energy by heat, and the temperature load is in the front of the pressure wave. With development of deflagration and deflagration-to-detonation transition, the corresponding mechanism of energy transmission is changed from heat conduction to shock compression, and a precursor pressure wave is formed gradually. The time interval between the precursor pressure wave and high-temperature flow behind the wave increases with distance. Attenuation of the precursor shock wave and high-temperature flow depends on the length of the methane-in-air space in a tunnel. Beyond the methane-in-air space, the quantitative relation of the time interval between the precursor shock wave and high-temperature flow with axial distance from ignition and the length of methane-in-air space was proposed.     

Numerical investigation of three-dimensional shock focusing effects by an invariant difference scheme

Symmetry preserving difference schemes which are found on the basis of the Lie-group theory for partial differential equations applied to their first differential approximations are used to simulate the evolution and reflection of shock waves in a cubical cavity with rigid walls and walls with outflow boundary conditions. The explicit difference scheme was used for a shock capturing technique to find and trace the discontinuities in the flow field. The numerical model is based on the strong conservative form of the three-dimensional time-dependent Euler equations with an equation of state for an ideal gas. The three-dimensional time-dependent shock waves which are created by a centered gas volume under high pressure interact with the plane walls of the cavity and lead to focusing effects after the explosion. To follow the propagation of strong plane or spherical shock waves the shock capturing method was proved to be sufficient concerning the spatial resolution of the discontinuities. When interacting with the rigid walls of the cavity the shock waves are assumed to be reflected specularly and to interact with shock waves and contact discontinuities moving from the center to the edges and corners of the cavity. The symmetry preserving character of the invariant difference scheme under use was proved numerically by calculations over long time. No significant deviation of the symmetry character of the imposed initial distribution was found. Additionally, a numerical analysis of the conservation of energy in the cube was performed to find the behavior of the energy in time.     

近距离爆炸比例爆距的界定标准及荷载模型

如何准确界定“近距离爆炸（close-in explosion）”一直是防护工程研究领域的热点。本文中基于已被充分验证的精细化有限元模型,研究了TNT球形装药自由场爆炸冲击波传播与爆轰产物高速膨胀共同作用的特点和规律,发现在比例爆距小于0.80 m/kg1/3的范围内,爆轰产物对刚性壁面的爆炸荷载影响显著,提出球形装药近距离爆炸的比例爆距界定标准为0.30～0.80 m/kg1/3。研究发现,在近距离爆炸下,爆炸波在入射角为0°～5°范围内的刚性壁面反射荷载峰值会出现急剧下降的现象,这是由爆轰产物喷射的不均匀性和随机性导致的;近距离爆炸下,刚性壁面反射超压出现了两个峰值的现象,这是由冲击波和爆轰产物分别与刚性壁面相互作用导致的。提出了近距离爆炸情况下两个荷载峰值的计算公式,以及适合工程结构响应计算的简化荷载模型;揭示了近距离爆炸下刚性壁面反射超压的分布规律。     

Dynamic expansion of a spherical cavity within a rate-dependent compressible porous material

The problem of shock expansion of cavities in geological or geologically derived media is of fundamental interest because it is closely related to the blast problem (propagation of waves from an explosion source) as well as to crater formation by hypervelocity projectile impact. Since rock and cementitious materials exhibit very strong high-rate and high-confinement sensitivities, those effects cannot be neglected in a realistic analysis of penetration events. In this paper a new model for the shock expansion of a spherical cavity in an infinite medium that displays very strong high-rate and high-confinement sensitivities is proposed. Waves are generated by an instantaneous rise of the pressure at the surface of the cavity.