封闭爆炸近场地震纵波及横波质点速度模型

基于第四纪黄土层小爆炸当量系列封闭爆炸的近场地震观测数据,对纵波和横波分别进行了分析处理,获得了纵波和横波的质点速度,确定了纵波和横波质点速度现有模型的参数.综合分析了有代表性的3个模型,得出现存模型本质上的差别在于爆炸当量指数不同.对此提出了双极模型,并介绍了该模型参数的计算方法.对这几种模型在描述观测和实测数据方面...     

爆炸荷载在圆截面桥梁墩柱上的分布规律

墩柱是桥梁结构的主要承载构件,研究爆炸荷载在墩柱上的分布规律是分析爆炸荷载作用下桥梁结构动态响应的前提。以圆截面桥梁墩柱为研究对象,基于LS-DYNA软件建立了桥梁墩柱的有限元模型,综合考虑炸药当量、爆心高度、爆炸距离和墩柱直径等影响因素,基于数值模拟得到爆心高度低于0.3倍墩柱高度,比例距离为0.5～2.1 m/kg^1/3和墩柱直径为0.15～1 m时,爆炸荷载冲量沿墩柱高度和横截面方向上的分布。结果表明：沿墩柱高度方向,地面爆炸或爆心高度为0.1倍柱高时,墩柱前表面冲量近似“单线性”分布,当爆心高度距地面0.2和0.3倍柱高时,墩柱前表面冲量近似“双线性”分布;沿横截面方向的平均净冲量与其前表面冲量之比为常数。基于上述爆炸荷载冲量分布规律,进一步提出了爆炸荷载作用在桥梁墩柱上总净冲量的计算方法,从而为桥梁墩柱抗爆响应分析与设计提供一定的理论基础。

     

TNT药柱水中爆炸近场压力轴向衰减规律

通过TNT药柱水中爆炸实验,建立了利用高速相机测量水中爆炸近场冲击波的实验方法,得到了药柱轴向的扫描图像,并对图像进行了数字化分析;利用Rankine-Hugoniot关系从冲击波的扫描轨迹求得冲击波阵面压力,并外推至冲击波的初始压力;用LS-DYNA计算了柱形装药近场压力沿轴向的衰减曲线;用锰铜压力传感器测量了冲击波的初始压力。研究结果表明,测试结果与计算结果比较符合,TNT药柱的近场轴向压力遵循指数衰减规律。     

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。     

爆炸荷载作用下建筑玻璃的破碎模式分析

采用JH-2模型,将有限元方法与薄板振动理论相结合,研究了建筑玻璃在爆炸冲击波作用下的破碎原因、破碎模式、碎片分布规律。结果表明,玻璃在爆炸荷载下破碎的主要原因为静水压力达到其材料的静水拉应力强度。根据第1阶、第2阶振幅的比值,玻璃的爆炸响应分两个阶段。对应玻璃在不同响应阶段破碎,玻璃破碎模式分为两种:模式1,玻璃四角与板心连线上呈对称分布的四点最先破坏,裂缝沿该四点的连线发展、贯通,玻璃被分隔成9块;模式2,板心处玻璃最先破坏,裂缝向四边发展、贯通,将玻璃板分成4块。玻璃的破碎模式与爆炸荷载及玻璃尺寸相关,根据玻璃板位移在板心处首次有极大值的时间及该时间玻璃静水压力极大值可初步判定玻璃在爆炸荷载下的破碎模式。     

爆炸荷载下沉箱重力式码头模型毁伤效应

在野外条件下开展了不同爆炸荷载条件下沉箱重力式码头模型毁伤效应实验,得到了沉箱重力式码头模型在1 kg TNT当量空中爆炸、水下爆炸以及结构内部爆炸后的毁伤模式,并针对不同毁伤模式给出了相应的抢修建议。实验结果表明：空中爆炸荷载下码头仅面板局部破坏形成爆坑;水下爆炸荷载下码头迎爆面及相近区域形成大量裂缝;结构内部爆炸荷载下码头仓格大变形破坏且中间面板被掀飞;从横向对比来看,在相同爆炸当量下空中爆炸荷载下码头毁伤程度最小,结构内部爆炸荷载下码头毁伤程度最大。

     

爆炸荷载作用下结构冲量的测量

冲击摆是间接测量爆炸荷载下瞬态冲量的一种有效装置。常用的冲击摆为典型的复摆模型,设计、加工和数据处理复杂,质心难以准确测定,对冲量测定的精度影响较大。特别是测量爆炸载荷试验中的冲量时,遇到较大的困难。文中引入一种冲击摆的改进装置,将传统的冲击摆简化为等效单摆,限制了传统冲击摆的转动效应,考虑了阻尼对冲量计算的影响,减小了不确定性因素产生的试验误差。对比分析两种冲击摆在爆炸荷载下冲量的测量原理,改进装置具有设计加工简单、试验精度高、数据处理方便等优点。最后将改进装置应用于泡沫铝夹芯壳的爆炸试验中,通过测量其最大平动位移得到了待测冲量。试验结果也证明了改进装置的可行性．     

爆炸荷载下钢筋混凝土梁的变形和破坏

利用爆炸压力模拟器进行钢筋混凝土简支梁爆炸冲击实验,详细介绍了实验设计,通过实验系统分析了钢筋混凝土(RC)梁变形破坏特征以及钢筋作用机理和对变形破坏的影响,并建立了RC梁的分离式有限元模型,利用LS-DYNA分析了实验过程,对计算结果与实验结果进行了比较,分析了误差产生的原因,得到了爆炸冲击荷载作用下RC梁的损伤破坏特征和机理,可为毁伤评估和结构抗爆设计提供参考。     

爆炸荷载作用下围岩与地下结构的动力相互作用

利用ANSYS/LS-DYNA非线性显式动力有限元程序和流固耦合计算方法,对炸药在地下拱形结构上方岩石中垂直爆炸过程进行数值模拟,借助波动理论p-u Hugoniot线对爆炸冲击波在围岩与结构之间的传播和加卸载过程进行理论分析;得到了不同跨度拱形结构与围岩之间的最大相互作用力及相互作用力分布图。研究结果表明：冲击波由高阻抗围岩向低阻抗混凝土传播时,围岩卸载,应力减小;反向传播时,岩石加载,应力增大;爆距为5 m时爆炸冲击波对40 m跨度拱形结构整体产生拉压震荡,引起的震动效应显著。     

爆炸荷载下岩石破坏的数值流形方法模拟

为了更好地利用数值流形方法对动力学问题进行分析,在对原数值流形方法中的动力学问题求解思想进行分析的基础上,采用动力有限元方法中的Newmark法对该算法进行了改进。改进后的数值流形方法与原来相比具有三个明显的优势：（1）当选择合适的参数后,该方法能够保证解的无条件收敛;（2）可以采用比原算法大得多的时间步长;（3）充分考虑了动力学问题中的阻尼效应。最后通过一个算例说明了改进后的数值流形方法能够很好地模拟岩石在冲击载荷作用下破坏的全过程,克服了有限元法不能模拟岩石破坏后块体运动情况的不足。     

梯度蜂窝夹芯板在爆炸荷载作用下的动力响应

利用弹道冲击摆锤系统对分层梯度蜂窝夹芯板在爆炸荷载下的动力响应进行了实验研究,分析了梯度蜂窝夹芯板在爆炸荷载作用下的变形失效模式,并与传统非梯度蜂窝夹芯板的抗爆性能做了对比。通过一维应力波理论,分析了应力波在梯度芯层中的传播规律。应力波透射系数在梯度试件中比非梯度芯层中小,而且相对密度递减的芯层组合有最小的应力波透射系数。综合考虑结构变形失效模式,后面板挠度,芯层压缩量以及应力波传播特点得到:分层梯度蜂窝夹芯板的抗爆性能明显优于传统的非梯度夹芯板,在所研究的荷载范围内,芯层相对密度从大到小排列试件的抗爆性能相对较好。     

爆炸荷载作用下大跨预应力混凝土框架动力响应分析

为了研究预应力混凝土(prestressed concrete, PC)框架结构的抗爆性能,利用有限元软件LS-DYNA对一栋3层2跨的大跨有/无黏结PC框架结构在不同比例距离的外部远爆荷载作用下的动力响应进行了分析。分析结果表明：混凝土预应力框架在地表远爆荷载作用下,最大层间位移角与前墙所受峰值反射超压近似成线性关系;有黏结混凝土预应力框架结构层间位移角相较于无黏结混凝土预应力框架更小,损伤分布更均匀,结构抗爆性能更好;基于分析结果,给出了不同比例距离对应的损伤状态,可用于对混凝土预应力框架结构进行爆炸损伤状态快速评估。

     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动力响应及破坏形态分析

对基于Timoshenko梁理论建立的非线性动力有限元法作了改进。根据压区理论得到混凝土的平均剪应力和平均剪应变关系,建立了能反映箍筋的抗剪作用的材料模型;此外,对结构在爆炸荷载作用下可能出现的各种响应现象进行了描述,以准确地预测梁破坏时不同位置截面上钢筋和混凝土的受力、变形及破坏情况。应用改进的材料模型,对爆炸荷载作用下的五个钢筋混凝土试验梁的动力响应和破坏形态进行了数值模拟,结果表明,该数值方法能较好地模拟钢筋混凝土梁的弯曲、弯剪和剪切等破坏形态。     

爆炸作用下锚固洞室的振动速度分布规律及锚杆参数的影响

基于模型实验,利用数值分析方法研究了爆炸作用下锚固洞室的振动速度分布规律,探讨了锚杆间距与长度对振动速度的影响。结果表明:在顶爆作用下,锚杆加固前后地下洞室拱顶、拱脚、侧墙、拱底振动速度峰值依次减小,锚杆能够起到减小振动速度的效果;集中装药爆炸后应力波以球形向四周传播,在应力波与地下洞室作用之前,振动速度的方向沿着径向由外向内,质点振动速度先增加后减小;当应力波与地下锚固洞室相互作用后,振动速度在地下锚固洞室自由面以及锚固区与非锚固区之间发生放大效应,并且改变了锚固洞室洞壁振动速度的方向;在顶爆作用下,随着锚杆长度的增加,相同间距地下锚固洞室洞壁拱顶振动速度峰值逐渐增大,拱脚和侧墙振动速度峰值逐渐减小,拱底振动速度峰值变化较小。     

钢质圆柱壳在侧向爆炸荷载下的动力响应

将壁厚为2.75mm、外径为100mm的钢质圆柱壳置于75g裸装圆柱形压装TNT药柱产生的爆炸场中进行冲击实验,获得了不同装药条件下圆柱壳的变形破坏特征。实验表明：非接触爆炸条件下,壳壁迎爆面局部破坏呈现碟型凹陷,同时沿壳体轴线方向产生了整体屈曲变形,且装药距离较大或药柱轴线与壳体轴线垂直放置情况下对壳体损伤程度较大;而接触爆炸时,壳壁发生破裂形成破口及破片。利用动力有限元程序LS-DYNA及Lagrangian-Eulerian流固耦合方法对圆柱壳的非线性动态响应过程进行数值模拟,分析了壳壁的屈曲变形过程及迎爆曲面中心点速度、位移时程曲线,计算结果与实验吻合较好。并基于数值计算确定了壳壁发生破裂的临界装药距离。

     

混凝土重力坝爆炸荷载数值分析及抗爆性能研究

利用LS-DYNA非线性有限元程序,基于Eulerian和Lagrangian耦合的方法,研究了RHT本构模型模拟的混凝土板在爆炸荷载下的动力反应,并且将数值结果与现场实验结果进行比较,由此说明了RHT本构模型模拟爆炸荷载下混凝土动力反应的有效性。研究了2 t TNT炸药在距离坝体上游面10 m不同起爆深度的情况下,有泡沫混凝土保护层和无泡沫混凝土保护层的坝体动力响应及其损伤状况。计算结果表明,无泡沫混凝土保护层时,坝体上游面主要损伤区域位置总是随起爆深度的增加向坝体底部移动;当上游表面有泡沫混凝土保护层时,坝体上游表面的损伤明显变小,下游面的损伤较无保护层情况也明显减小。表明泡沫混凝土能够有效减小混凝土大坝在爆炸荷载下的损伤,在提高混凝土大坝的抗爆性能方面起到很好的保护作用。     

燃爆压裂中压挡液柱运动规律的动力学模型

针对燃爆压裂过程中压挡液柱受冲击运动机理的复杂性,假设火药燃气与压挡液柱存在完全气液 接触界面,采用拉格朗日的微元分析方法,建立了由连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程组成的压挡液 柱运动规律动力学模型,并给出了该模型与火药燃爆模型的耦合数值解法。经程序编制和实例计算表明,在 综合考虑火药燃气对液柱的宏观推动作用、冲击压缩作用、液柱自身的动能分布及管壁对其摩擦阻力的影响 后,火药燃烧过程中气液界面上升高度有限(实例计算不足0.1m),可起到很好的持压作用;但全过程中最高 液柱位移较大(18.9m),水力振荡增效作用明显。研究成果对提高燃爆压裂的数值模拟精度具有一定促进 作用。     

爆炸荷载作用下模型介质裂纹扩展试验与分析

为研究爆炸载荷作用下裂隙介质裂纹扩展规律,以含人工裂隙的有机玻璃薄板为介质,分别以炮孔中心到人工裂隙垂直距离L和人工裂隙长度D为变量,采用单发雷管爆炸加载试验模型进行试验。试验结果表明,爆炸荷载作用将使裂隙介质形成径向裂纹、翼裂纹、层裂裂纹和似层裂裂纹;人工裂隙能够阻隔径向裂纹的扩展,径向裂纹的扩展对距离L比长度D更敏感;翼裂纹是爆炸绕射波或绕射波与压缩应力波共同作用产生的,翼裂纹的长度随距离L增加而降低;入射压缩应力波与反射拉伸应力波叠加形成的净拉伸应力拉裂介质形成层裂效应、引起径向裂纹弯曲形成似层裂效应,层裂裂纹和似层裂裂纹几乎平行于人工裂隙。研究结果可为裂隙岩体爆破设计、冲击矿压防治和结构工程防护等提供理论依据。     

低周反复荷载下再生混凝土柱损伤演化模型研究

通过对现有的两种混凝土损伤评估模型的分析,本文以刚度退化和累积滞回耗能两个指标来描述在低周反复荷载下再生混凝土的损伤累积过程,提出了一种适用于再生混凝土柱的双参数地震损伤模型．通过24 组文献数据拟合出模型参数的合理值与耗能因子β 同再生混凝土多因素之间关系的表达式．同时对再生混凝土柱的损伤量化标准进行了细分．最后将本文提出的损伤模型同另外两种模型作了比较．对比表明,本文所提出的损伤模型计算出来的损伤值标准差较小,离散性较低,能够更好地反映再生混凝土柱的累积损伤过程．