钢筋混凝土靶板在弹丸冲击及爆炸载荷下响应的数值模拟

 采用HJC混凝土损伤本构模型及LS-DYNA的流固耦合算法,分别对钢筋混凝土靶板在弹丸冲击和爆炸载荷作用下的响应进行了有限元数值模拟,其中模拟参数由实验数据拟合重新获取。将模拟结果与实验结果和经验公式进行对比分析,结果表明：数值模拟再现了弹体贯穿靶板过程中的开坑、隧道及漏斗碎裂区,计算得到的弹体弹道极限及残余速度与实验数据吻合较好;此外,数值模拟也很好地再现了炸药爆炸后冲击波的传播过程以及爆炸载荷作用下混凝土的破坏情况,模拟结果与实验现象具有良好的一致性。     

冲击载荷下混凝土本构模型构建研究

 在对混凝土动态力学性能和现有本构模型综合分析的基础上,构建了一个新的适用于冲击响应问题数值分析的混凝土本构模型。该本构模型全面考虑了压力、应力第三不变量、变形的硬化和软化、应变率强化以及拉伸损伤等各个影响因素。将其加入LTZ-2D程序,确定了本构模型参数,对混凝土靶板的穿透问题进行了数值验证分析。计算得到的弹体剩余速度同实验结果基本一致,同时得到了混凝土靶板破裂的计算图像。计算结果及其分析表明,所构建的本构模型能够较好地反映冲击载荷作用下混凝土动态响应的主要特性。     

栓钉型弧形双钢板混凝土组合板的抗爆性能试验与数值分析

弧形双钢板混凝土组合结构由钢板、混凝土与连接件协同作用,具有更优异的抗震和抗爆性能,被应用于超高层结构、海洋平台和核电设施中。利用试验和数值分析方法研究了栓钉型弧形双钢板混凝土组合结构的破坏模式和损伤机理,参数化分析了爆炸距离、钢板厚度、拱高和栓钉间距对其抗爆性能的影响。结果表明：在爆炸荷载下,栓钉型弧形双钢板混凝土组合板整体表现良好,仍具有较高的承载能力。增加爆炸距离和钢板厚度能有效减小混凝土的损伤和组合板的跨中挠度;减小拱高,混凝土损伤区域从以压缩破坏为主逐渐转换为以拉伸破坏为主,混凝土损伤更严重,组合板跨中挠度变大;减小栓钉间距会增大混凝土塑性损伤程度,但组合板的跨中挠度减小。研究结果可为弧形双钢板混凝土组合结构的设计提供参考。     

基于机器学习的可燃物热解参数反演研究

数值模拟是研究可燃物热解过程的重要技术手段,但建立数值模型时需要准确的可燃物热解参数,而通过实验手段获得给定材料的全部参数较为困难。针对此问题,本文提出了一种基于机器学习的热解参数反演技术。首先建立了数值模型;然后建立了基于神经网络及遗传算法的混合参数反演模型;最后使用数值模拟数据进行了验证,结果表明提出的参数反演技术可有效兼顾反演效率和反演精度,能够为准确快速获得热解参数提供一种新的工具,具有较好的应用前景。     

高温高应变率下混凝土材料的损伤演化方程

采用?74 mm大口径分离式霍普金森压杆(SHPB)对不同温度(20、200、400℃)下的C45混凝土材料进行动态力学性能实验,得到了不同温度、不同应变率下混凝土材料的应力-应变曲线。实验结果表明:在20~400℃温度范围内,混凝土材料具有温度硬化和应变率硬化现象。基于上述实验数据给出了损伤变量关于塑性应变的关系式,并通过相关实验数据确定了不同温度、不同应变率下损伤演化方程的材料参数。将该损伤演化方程应用于混凝土材料的本构关系中,预测结果与实验数据具有较好的一致性,证明了所提出的高温、高应变率下混凝土材料损伤演化方程的合理性。     

混凝土材料动态力学性能实验与数值模拟研究

 利用轻气炮对素混凝土材料进行了3种不同冲击速度下的动态力学性能实验,得到了时间-应力曲线,随后利用软件进行数值模拟,将模拟结果与实验结果进行比较,解释了飞片和靶板破坏过程中波的传播过程。通过分析发现：混凝土材料表现出明显的率相关性、滞后效应和应力波的衰减特征,这些与材料内部损伤的演化密切相关;混凝土材料在压缩波、边侧稀疏效应和左、右自由表面反射拉伸波的共同作用下,最终形成宏观破碎;实验中靶板尺寸设计合理,有效避免了边侧稀疏效应对锰铜压阻计测试信号的影响。     

钢芯弹冲击高强度钢过程的数值模拟分析

 通过材料特性实验获得7.62 mm×39 mm普通钢芯弹弹芯、N-1高强度钢靶板材料的力学本构模型参数,建立了弹体和靶板的精细有限元模型。对靶板钢材的J-C断裂准则进行改进,并在LS-DYNA软件中实现。应用改进的断裂准则进行了N-1钢受普通钢芯弹垂直冲击过程的数值模拟,计算结果可更准确地反映出实验中靶板出现的绝热剪切冲塞行为,冲塞尺寸较接近实验结果,弹道极限速度也与实验吻合。由此克服了基于原J-C断裂准则计算的缺陷——靶板发生与实验结果不符的拉伸型破坏、冲塞尺寸明显偏小。     

面层混凝土对跑道内爆毁伤影响的仿真研究

 采用考虑混凝土拉伸破坏的TCK失效模型,运用AUTODYN软件对跑道内爆毁伤进行了数值模拟。研究了炸点置于面层混凝土底部时,不同装药量和不同面层混凝土厚度对爆破漏斗坑参数的影响规律。结果表明：数值模拟结果较好地反映了混凝土因拉伸损伤引起的破裂和抛掷漏斗现象。基于数值模拟得到的漏斗坑参数值,建立了漏斗坑半径、空腔半径与面层厚度的无量纲表达式,计算得到的漏斗坑参数值得到了实验验证。     

近场爆炸作用下核电厂安全壳穹顶 钢筋混凝土板的抗爆性能

安全壳是核电厂的最后一道防线,其穹顶采用60°配筋混凝土进行设计和建造,配筋方式特殊。借助ANSYS/LS-DYNA,采用CONWEP爆炸模型,建立60°和普通配筋的混凝土板有限元模型,研究了近场爆炸作用下60°配筋混凝土板的动态响应,参数化分析了板厚、药量、钢筋屈服强度和混凝土强度等因素对60°配筋钢筋混凝土板抗爆性能的影响规律;对比研究了普通配筋和60°配筋混凝土板的中心挠度、变形和应力云图,基于数值分析结果,拟合得到两种配筋方式混凝土板中心挠度最大值与药量之间的关系曲线,利用回归分析得到其计算公式。研究结果表明:在相同含钢量的条件下,60°配筋混凝土板中心挠度最大提高60.22%,抗爆性能更强,拟合公式可以较好地预测60°配筋混凝土板的挠度变化。     

带状电缆的直流X射线辐照响应

对真空环境下带状电缆模型直流X射线辐照响应进行了实验和数值模拟研究;研制了电缆直流X射线辐照实验系统;使用蒙特卡罗模拟软件计算了直流X光机产生的X射线能谱、通量等参数;建立了带状电缆X射线辐照响应一维计算模型,该计算模型包括电缆导体与介质层间隙和介质层电导率模型。实验测量了两个带状电缆模型的直流X射线辐照响应电流波形,并对其进行了数值模拟。结果显示,在一定的电缆导体与介质层间隙大小假设条件下,采用带状电缆X射线辐照响应计算模型计算的结果与实验测量结果在波形特征和绝对幅度方面比较接近,说明了利用该模型描述电缆直流X射线辐照响应具有其合理性。     

Analysis of concrete targets with different kinds of reinforcements subjected to blast loading

In this paper we describe an experimental campaign carried out to study and analyse the behaviour of concrete slabs when subjected to blast loading. Four different types of concrete have been tested: normal strength concrete with steel rebar, normal strength concrete with steel rebar retrofitted with Kevlar coating, steel fibre reinforced concrete (SFRC) and polypropylene fibre reinforced concrete (PFRC). The major asset of the experimental setup used is that it allows to subject up to four specimens to the same blast load what, besides being cost effective, makes possible to have a measure of the experimental scatter. The results of SFRC and PFRC concretes have been analysed by using a previously developed material model for the numerical simulation of concrete elements subjected to blast. The experimental campaign and preliminary results of this numerical analysis show how the high strain rates, in spite of improving the mechanical properties of these kinds of fibre reinforced concretes, lead to an embrittlement of the material, which may be dangerous from the point of view of the structural behaviour.     

Compressive behaviour of dam concrete at higher strain rates

The mechanical behaviour of concrete when subjected to impact or blast has still many aspects requiring further study. Dam concrete is characterized by large coarse aggregates, hence large specimen sizes are needed in order to study a representative volume of the material. Exploiting an innovative equipment, based on Hopkinson bar techniques, the dynamic behaviour of concrete of 64?mm maximum aggregate size has been investigated. Direct dynamic compression tests have been performed on medium and large size cylindrical samples. Full stress-strain curves have been obtained, which have allowed the estimation of fracturing energies and of the relevant dynamic increase factor. The experimental campaign has also included a reference standard concrete in order to highlight the peculiarity of the dam concrete at high strain rates and to validate the transition of this type of testing to very large specimens.     

内部爆炸载荷作用下混凝土动力响应的数值模拟

 目前,采用实验方法对爆炸载荷破坏效应进行全面、准确描述仍是一个难题。运用ANSYS/LS-DYNA非线性显式动力学有限元程序,采用流固耦合算法,对混凝土在内部爆炸载荷作用下的空腔形成和发展规律等动力响应问题进行了数值模拟。通过实际算例,比较研究了混凝土敷设钢板与否对成坑大小、损伤区、压力云图以及应力时程曲线等的影响,进一步研究了有钢板加固时混凝土在爆炸荷载作用下的破坏机理。研究表明：采用流固耦合算法可以避免由于物质的大变形引起的单元畸变和网格消蚀等问题,提高了计算效率;很好地模拟了混凝土内部爆炸时,中心爆炸空腔压缩面和自由面的拉伸层裂破坏过程,且与理论计算值吻合较好;通过表面敷设钢板,可以减小混凝土的拉应力峰值,抑制混凝土中裂纹的发展,从而提高其防震塌能力以及结构的完整性。     

Damage identification in plates using finite element model updating in time domain

A response sensitivity-based approach is presented for identifying the local damages in isotropic plate structures from the measured structural dynamic responses. The local damage is simulated by a reduction in the elemental Young's modulus of the plate. In the forward analysis, the forced vibration responses of the plate under external force are obtained from Newmark direct integration. In the inverse analysis, a response sensitivity-based finite element model updating approach is used to identify local damages of the plate in time domain. The damage identification results are obtained iteratively with the penalty function method with Tikhonov regularization using the measured structural dynamic responses. Two numerical examples are investigated to illustrate the correctness and efficiency of the proposed method. Both single damage and multiple damages cases are studied. The effects of measurement noise and measurement point on the identification results are investigated. Studies in this paper indicate that the proposed method is efficient and robust for both single and multiple damages for plate structures. Good identified results can be obtained from the short time histories of a few number of measurement points.     

平板约束下激光诱导等离子体的动态仿真

为深入认识空间约束增强的物理机理,采用二维可压缩流体模型,建立平板约束下激光诱导等离子体动力学行为的数值模拟模型,计算了平板约束下等离子体的演化过程,得到的一系列时间分辨的温度分布结果与实验结果基本一致.揭示了平板约束下,反射激波对等离子体的压缩作用导致等离子体温度升高的机理.对不同激光能量和不同约束板间距对等离子体温度增强效果和增强时刻的影响进行了研究,两板间距增加,增强时刻明显延迟,等离子体温度的增强效果削弱.     

冲击作用下框架结构的连续性倒塌性能

借助ANSYS/LS-DYNA软件建立了钢筋混凝土框架的有限元模型,研究了钢筋混凝土框架在冲击荷载作用下的连续性倒塌性能,冲击体质量为1000 kg,冲击速度为4 m/s。通过对钢筋混凝土构件冲击试验和框架倒塌过程的验证,保证了数值模拟的有效性。分析结果表明:冲击中柱后结构倒塌过程中,有"拱作用"向"悬索作用"转换的机制,中柱顶部位移先向上后向下,边柱顶部位移先向外后向内;同样冲击作用下,柱轴力越小,则抗冲击能力越强,不同的偏压作用对柱的抗冲击性能的影响不同;加密柱箍筋能够增强钢筋混凝土柱的抗冲击能力,延缓甚至避免钢筋混凝土框架结构的连续性倒塌。     

Dynamic behaviour of isotropic plates under combined acoustic excitation and static in-plane compression

A study is described which was carried out to investigate the dynamic response of an aircraft-type aluminium alloy plate, with fully clamped boundaries, subjected to combined acoustic excitation and uniaxial in-plane compression. Experiments were conducted in an acoustic tunnel with sound pressure levels up to 150 dB. The non-linear characteristics of the plate have been examined under sinusoidal and broad band random excitation and a study made of the statistical and spectral properties of the response. Theoretical and experimental estimates of the plate natural frequencies and mode shapes are described.     

早龄期荷载及低温作用下的混凝土声发射特征试验研究*

井壁混凝土由于施工与环境特殊性导致其裂缝扩展情况异常,本文通过对不同早龄期荷载、低温条件下混凝土轴压破坏过程的声发射检测,分析井壁施工环境对混凝土内部裂缝产生、发展的影响。研究表明,早龄期荷载、低温单独作用时,与标养混凝土主要差异在轴压过程中的声发射初始阶段,对混凝土内部的原有收缩裂缝有所影响。当两者耦合作用时,早龄期荷载影响比低温作用显著,并且在早龄期荷载较大时会出现声发射信号"倒置"现象。