水下爆炸冲击荷载作用下混凝土重力坝的破坏模式

考虑混凝土的高应变率效应,构建重力坝水下爆炸全耦合模型,运用显式动力分析程序LS-DYNA,对水下爆炸冲击荷载作用下大坝动态响应进行分析,探讨大坝可能破坏模式及相应的破坏机制。研究表明,大坝破坏模式不仅与坝体的自身动力特性有关,还取决于炸弹起爆时的水下深度、爆心距及炸弹药量;重力坝坝头是抗爆性能薄弱部位,大坝可能破坏模式为上游迎爆面的爆炸成坑破坏、坝顶及坝下游面的震塌破坏、坝头与上游直面交接处及下游折坡附近的脆性冲切破坏并出现贯穿性裂缝破坏。     

水下爆炸冲击荷载下混凝土重力坝的抗爆性能

在水下爆炸冲击荷载作用下,结构动力响应较之静态荷载和地震荷载作用下要复杂得多。通过大 量的数值模拟,探讨了混凝土重力坝在水下爆炸冲击荷载作用下,大坝高度、库前水位对大坝抗爆性能的影 响,为大坝抗爆性能评估和防护设计提供基础。数值计算中,构建了重力坝水下爆炸全耦合数值模型,并考虑 爆炸冲击作用下混凝土的高应变率效应。研究结果表明:对于混凝土重力坝,随着大坝高度的增加,大坝的抗 爆性能增强;库前水位对大坝的抗爆性能影响较大,通过降低库前水位可有效提高大坝的抗爆性能。     

水下爆炸冲击作用下重力坝的损伤发展及破坏模式

基于有限元程序ABAQUS/Explicit,采用声学介质描述流体,考虑坝体-水流固耦合作用和混凝土的受拉、受压损伤,对某典型的重力坝坝段结构进行损伤塑性时程分析。结果表明,大坝存在3种潜在破坏模式,除近爆炸点区域破坏外,坝底损伤区过大可能引起坝体向下游滑动甚至倾倒,坝头局部破坏或断裂而倒向下游可能造成大坝挡水高度不足,出现漫顶。对于坝体与坝基连接部位以及坝头部分,可以考虑局部增加配筋(插筋),防止灾难性后果的出现。大坝高度方向中部应该成为安防重点,控制爆源距离是有效的手段。     

接触爆炸对底部有土垫层纤维混凝土板破坏效应试验研究

采用钢纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土、钢筋混凝土3种材料共24块板试件进行了接触爆炸试验。对试验现象进行了描述,由迎爆坑尺寸拟合分析得到了3种材料的爆炸介质压缩系数。采用ЛяхоB公式对试验测得的土压峰值进行了拟合分析,结果表明,随试件厚度的增加,砂土中应力波峰值衰减更显著,相同比例爆距的土压值明显减小,并由试验结果得到了底部有土垫层介质情况下混凝土板临界爆炸贯穿厚度计算公式。     

基于综合破坏指数的混凝土重力坝易损性分析

目前,多采用单一响应指标研究混凝土重力坝的易损性,难以综合表征坝体结构的破坏概率。考虑多重指标共同作用的结果,以混凝土重力坝坝顶相对坝踵顺河向位移、整体损伤指数、坝基面累积滑动位移为单一响应指标,采用非线性动力时程分析,根据功效系数法计算各单一响应指标的功效分数,应用变权模型得到坝体综合破坏指数。分析综合破坏指数与其他响应指标的相关性,给出基于综合破坏指数的四级震害划分标准,对比研究基于单一响应指标和综合破坏指数的混凝土重力坝地震易损性曲线。结果表明,较小或较大地震动强度下采用单一响应指标进行易损性评价结果或偏于保守或偏于危险,而采用变权模型得出的综合破坏指数进行易损性评价,可以适应地震动强度的变化,全面客观预估坝体在不同地震动强度下达到各个等级破坏的概率。     

混凝土薄板的侵彻破坏响应实验

通过实验研究了混凝土薄板的侵彻响应,讨论了混凝土侵彻问题研究的理论模型和数值模型应注 意的几个问题。实验研究中,采用应变片、加速度计和高速摄影测试和记录了侵彻过程中混凝土薄板的力学 响应过程。实验结果表明,边界不仅是应力波反射的主要影响因素,而且还是结构整体冲击响应和破坏的主 要因素。通过综合分析实验数据,建立了混凝土薄板侵彻分析的三阶段力学模型:侵彻初期必须计及应力波 的影响,随着侵彻的深入,应力波的作用逐渐减弱直至消失,碎块的惯性运动逐渐加强,后期主要是残块在惯 性作用下的运动。     

基于联合有限元-离散元的混凝土重力坝破坏三维仿真模拟

水利工程中混凝土重力坝在地震等作用下的三维破坏形式以及破坏过程对大坝安全影响重大。本文建立了固体材料的联合有限元-离散元(Combined Finite-Discrete Element)三维数学模型,并引入Single/Smeared断裂损伤模型,模拟混凝土材料的破坏。数学模型经验证后,用于地震作用下混凝土重力坝破坏的三维数值模拟,结果表明,联合有限元-离散元方法能够有效模拟坝体的破坏模式和破坏阈值条件,且具有将坝体连续变形与不连续断裂有机结合的优点。通过一系列数值模拟工况的对比,分析了模型网格分辨率对破坏条件、破坏模式以及程序计算效率的影响,研究结果能够为大坝的抗震设计提供有价值的参考。     

长杆弹对混凝土的侵爆效应

对适用于长杆弹在混凝土介质中侵彻和爆炸全过程的三维数值模拟方法和技术进行了研究。描述了进行相应数值模拟的有关方法和关键技术。确定了靶体C30混凝土材料所使用的本构模型及其相应的参数。对卵形头长杆弹在C30混凝土中侵彻到一定深度再爆炸的全物理过程进行了三维数值模拟,分别给出了C30混凝土靶体在侵彻和爆炸作用下的破坏效应图像。将侵彻计算图像与实验结果进行了比较,两者定性符合。     

侵彻爆炸作用下钢纤维混凝土结构的破坏模式

基于大口径发射平台进行了155 mm杀伤爆破榴弹毁伤钢纤维混凝土结构的试验,得到了打击不同位置时结构的破坏情况;结合LS-DYNA数值模拟,分析了不同打击位置和不同命中速度下钢纤维混凝土结构的毁伤效应,讨论了侵彻与爆炸联合作用下钢纤维混凝土结构的损伤过程和破坏模式。结果表明：钢纤维混凝土结构在155 mm榴弹作用下,配置钢筋的顶板和侧墙发生较轻的爆炸成坑破坏,无配筋的前墙发生严重的爆炸震塌破坏。SPG (smooth particle Galerkin method)-结构化ALE (arbitrary Lagrange-Euler)(S-ALE)流固耦合算法能够有效预测钢筋混凝土结构在侵彻和爆炸共同作用下的损伤发展过程和破坏模式。大口径弹体侵彻有限边界靶的加速度时程曲线特征为突增骤减单峰值形式,弹体速度呈现先快速降低后缓慢减小的特征;靶标在基于侵彻损伤的爆炸作用下,主要破坏模式为混凝土块大量崩塌和裂缝的生长,且随着侵彻速度的增加,爆炸造成的毁伤由局部破坏向结构整体破坏发展;混凝土破碎区内,垂直于弹体的钢筋在侵彻作用下达到屈服,板顶和板底的钢筋在爆炸后达到屈服。     

钢纤维超高强活性混凝土（RPC）遮弹板接触爆炸破坏作用

应用爆炸近区运动学关系式,考虑了径向裂缝阵面形成时的能量消耗,采用了不同的主应力函数,分析了爆炸近区的变形与破坏,提出了爆炸近区的动力学计算简图,研究了各区域发展的特点及变化关系,从而得到RPC混凝土接触爆炸压缩半径和破坏半径系数。将本文计算结果与实验结果和用经验公式得到的计算结果进行比较,验证了所提出的公式的实用性和可靠性。     

水下爆炸对沉箱重力式码头毁伤效应

通过开展不同爆距下水下爆炸对沉箱重力式码头模型毁伤效应试验,对水下荷载进行了采集分析,对毁伤因素、毁伤模式和毁伤机理开展了研究,初步讨论了爆距的影响。结果表明:试验中未形成完整的气泡脉动过程,荷载超压主要出现在冲击波传播阶段,爆炸冲击波、水底反射波和侧壁反射波是主要的毁伤因素;水下爆炸对沉箱重力式码头造成的毁伤程度大、模式多、机理复杂,主要毁伤部位为迎爆面外墙、迎爆侧管沟、封仓板和面板;爆距越近码头毁伤越严重;当爆距过近时,爆炸能量被迎爆面结构变形大量吸收,迎爆面毁伤程度大幅增大,码头其他部位毁伤程度增幅放缓。     

地震作用下高拱坝损伤开裂分析

采用应变率相关的砼非线性损伤模型模拟拱坝横缝,研究了砼非线性本构情况下整体拱坝与考虑分缝拱坝的应力响应和损伤开裂的特点与差别。对实际拱坝的地震响应分析表明,基于非线性砼模型的整体拱坝动力响应模型可以基本反映拱坝的实际应力分布情况。     

高聚物牺牲包层对钢筋混凝土板的爆炸毁伤缓解效应

为研究高聚物牺牲包层对钢筋混凝土结构的爆炸毁伤缓解效应,开展了带高聚物牺牲包层钢筋混凝土板的接触爆炸试验,同时设置了普通钢筋混凝土板作为对照组,对比分析了高聚物牺牲包层对钢筋混凝土板毁伤特征的影响。此外,运用AUTODYN软件建立了现场爆炸试验的SPH-FEM耦合模型,通过与试验结果的对比,验证了所建耦合模型的可靠性。在此基础上,通过参数敏感性分析,探究了炸药量和高聚物牺牲包层密度、厚度对带高聚物牺牲包层钢筋混凝土板毁伤特性以及吸能特性的影响。结果表明：接触爆炸下,高聚物牺牲包层能够有效地分散爆炸荷载,缓解爆炸荷载对钢筋混凝土板的冲击作用,具有良好的防护性能;药量在一定范围内增大时,高聚物牺牲包层依然能维持较高的吸能水平,增大包层密度和厚度有利于增强高聚物牺牲包层的吸能特性,包层厚度的变化会造成被保护钢筋混凝土板毁伤模式的改变。     

大岗山高拱坝强地震作用下损伤破坏分析

采用连续损伤力学中能量等效原理和有效应力概念,将混凝土强度降低、刚度劣化即损伤作为不可逆内变量张量,并考虑应变率效应和多轴应力状态,建立率相关弹塑性损伤模型.应力本构积分采用返回映射法,给出了有限元程序主要功能流程.对强地震作用下大岗山高拱坝损伤和破坏情况进行数值模拟,评价其强震后的安全性.结果显示,大坝在强震后总体损伤不大,结构安全性较好,但应注意抗震薄弱部位;同时大坝不同部位率响应明显不同,对混凝土力学性能影响不容忽视.     

多点同时爆炸对钢筋混凝土方柱构件的毁伤特性

为了研究炸药多点协同爆炸对钢筋混凝土方柱构件的毁伤特性、动力响应和破坏机理的影响,设计了柱身单节点、邻面双节点、邻面四节点和全包围四节点4种爆炸试验工况,对4根钢筋混凝土方柱开展爆炸试验。基于试验结果,利用显式动力分析软件LS-DYNA建立了精细化有限元模型,系统分析了炸药中心截面毁伤特性和应力发展时程。研究结果表明：相同爆炸总当量下,炸药节点数量和布置位置对方柱毁伤效果有显著影响;多点爆炸下方柱毁伤效果均大于单点爆炸工况且钢筋混凝土方柱均产生贯穿破坏,邻侧四节点爆炸钢筋混凝土方柱混凝土破坏程度及加速度响应最大;对比邻侧多点爆炸工况发现,炸药节点数量的增加可以有效提高爆炸对方柱的毁伤效应;全包围四节点爆炸工况方柱最早进入全截面高应力状态,并出现4处角部混凝土应力集中,而邻面多点爆炸工况进入全截面高应力状态较晚,仅有3处截面角部混凝土应力集中;单点爆炸时混凝土内部测点应力随到爆心距离增大而减小,而多点爆炸工况下多个爆炸应力波在方柱截面内部耦合叠加,中心混凝土处应力显著增大;受到应力波空间耦合叠加的影响,邻面四节点爆炸工况下方柱截面中心混凝土峰值应力达37.3 MPa,相较其他3个爆炸工况应力增幅达到3.82倍、1.21倍和0.67倍,应力耦合力度增大是导致该工况方柱毁伤最严重的直接原因。

     

Thermal convection in a cylindrical annulus under a combined effect of the radial and vertical gravity

The stability of the flow of a dielectric fluid confined in a cylindrical annulus submitted to a radial temperature gradient and a radial electric field is investigated theoretically and experimentally. The radial temperature gradient induces a vertical Archimedean buoyancy and a radial dielectrophoretic buoyancy. These two forces intervene simultaneously in the destabilization of the flow, leading to the occurrence of four types of modes depending on the relative intensity of these two buoyancies and on the fluid's properties: hydrodynamic and thermal modes that are axisymmetric and oscillatory, stationary columnar modes and electric modes which are stationary and non-axisymmetric modes. Experiments performed in a parabolic flight show the existence of non-axisymmetric modes that should be either columnar or helicoidal vortices.