芳纶纤维平纹织布在爆炸载荷下的动态响应与失效行为的数值分析

为了研究柔性纤维织布的抗爆性能,通过数值模拟的方法对芳纶纤维织布在爆炸冲击下的响应与失效行为进行了分析。对国产芳纶纤维织布H1000D-AP220进行了力学性能试验,建立了柔性平纹织布的本构模型和爆炸冲击数值分析模型,对不同厚度不同铺层角度织布进行了爆炸冲击数值分析,获得了织布在不同爆炸载荷下的动态响应和失效模式。结果表明,织布在爆炸冲击载荷下主要表现为中心撕裂破孔和简支边界处拉伸撕裂2种典型的失效模式,并伴有明显褶皱,宽度方向出现织布向内侧收缩翻转现象;相比于中间层织布,迎爆面和背爆面吸能较多;在计算分析中改变了织布的层叠角度,获得了更好的抗爆效果。     

Blast Damage Simulation With the Discontinuous Galerkin Finite Element Method of Bond⁃Based Peridynamics北大核心CSCD

近场动力学是一种积分型非局部的连续介质力学理论,已广泛应用于固体材料和结构的非连续变形与破坏分析中,其数值求解方法主要采用无网格粒子类的显式动力学方法.近年来,弱形式近场动力学方程的非连续Galerkin有限元法得到发展,该方法不仅可以描述考察体的非局部作用效应和非连续变形特性,还可以充分利用有限单元法高效求解的特点,并继承了有限元法能直接施加局部边界条件的优点,可有效避免近场动力学的表面效应问题.该文阐述了键型近场动力学的非连续Galerkin有限元法的基本原理,导出了计算列式,给出了具体算法流程和细节,计算模拟了脆性玻璃板动态开裂分叉问题,并对爆炸冲击荷载作用下混凝土板的毁伤过程进行了计算分析.研究结果表明,该方法能够再现爆炸冲击荷载作用下结构的复杂破裂模式和毁伤破坏过程,且具有较高的计算效率,是模拟结构爆炸冲击毁伤效应的一种有效方法.     

考虑混凝土材料非均质特性的近场动力学模型

混凝土内部微细观结构影响其损伤和破坏行为.鉴于传统连续介质力学在模拟混凝土损伤累积和渐进破坏过程中存在的问题,基于数值图像技术获得混凝土试件的内部骨料形态,采用键型近场动力学理论,建立了能够考虑混凝土非均质特性的近场动力学模型,并在ABAQUS平台下开发了相应的计算模块,进行了混凝土试样的拉伸和压缩细观破坏分析.结果表明:近场动力学模型和数值方法能够成功模拟混凝土材料的复杂破坏过程,得到的破坏现象与试验结果吻合程度较好,进一步探究了混凝土材料的破坏机制,完善了混凝土结构的破坏分析过程.     

圆形均布荷载作用下分数导数型黏弹性土基变形分析

土体的蠕变特性是影响工后沉降和工程安全的重要因素.基于半空间弹性土基受圆形均布荷载作用弹性理论解,根据弹性与黏弹性理论的对应原理,建立了分数导数型黏弹性土基在竖向圆形均布荷载作用下的地表位移与分数阶导数等参数的关系,并分析了不同分数阶下地表变形的时效特性.结果表明,与经典黏弹性本构模型相比,分数导数黏弹性模型能够在较宽的范围内描述黏弹性土基变形的特性,采用分数导数Kelvin黏弹性本构模型计算的地表沉降较经典的Kelvin黏弹性模型小,土基的蠕变特性与分数导数的阶数有关,具有更为广泛的适用性和应用前景.     

基于BP网络的混凝土耗能器骨架曲线拟合

结合5种混凝土延性柱耗能器在低周期反复荷载作用下的试验数据研究,利用神经网络的工作原理,通过建立神经网络的输入层、隐含层、输出层,确定输入单元、输出单元和隐含层节点数,从而建立了BP神经网络的模型,并根据已有的部分试验数据数据.对网络进行训练,对各种混凝土延性柱耗能器骨架曲线进行了预测拟合,实现混凝土延性柱耗能器骨架曲线的数字化,使其成为具有分析和判断的拟合曲线功能,完整的描绘混凝土延性柱耗能器的骨架曲线,为后续混凝土延性柱耗能器性能研究的仿真模拟提供了可靠的数据模型.结果表明,这种方法是可行的.     

Synchronous/Asynchronous Buckling of Double-Layered Microplate Systems北大核心CSCD

采用修正的偶应力理论和双变量高阶剪切变形理论,发展了层间填充弹性介质的双层微板系统在面内压缩荷载作用下的屈曲模型.基于Euler-Lagrange方程推导了系统屈曲的控制微分方程,运用Navier法获得了上下层均为四边简支时系统同步/异步屈曲的解析解.通过数值算例讨论了系统各参数对其屈曲特性的影响.结果表明：系统的异步屈曲特性依赖于材料尺度参数、长宽比和弹性介质模量,而同步屈曲特性仅依赖于前两项,并且异步屈曲荷载高于同步屈曲荷载;弹性介质的Pasternak模量较之于Winkler模量对系统的屈曲特性影响更显著.     

钢管再生混凝土柱承载力计算对比及可靠度分析

基于钢管再生混凝土轴压构件承载力的试验结果与采用各国规程的计算结果的对比分析,从统计意义上表明方钢管再生混凝土构件用DBJ13-51-2003规程的计算结果与试验结果吻合较好,圆钢管再生混凝土构件用DL/T5085-1999规程较好.并利用改进一次二阶矩法(JC法)对钢管再生混凝土轴压构件的极限承载力进行了可靠度分析,分析结果表明:钢管再生混凝土构件承载力的可靠度指标随荷载组合和荷载效应比的变化而变化,随再生混凝土强度等级的提高而增大,钢管壁厚、再生骨料取代率对可靠指标无明显影响.     

波形钢腹板-钢底板-混凝土顶板连续组合箱梁的剪力滞效应

考虑混凝土顶板和钢底板不同的模量,结合变分法推导了波形钢腹板-钢底板-混凝土顶板(CSWSBCT)组合箱梁剪力滞效应的控制微分方程组和边界条件,建立了CSWSBCT两跨连续箱梁跨中集中荷载、均布荷载作用下剪力滞系数的计算公式,采用模型试验梁对两种荷载工况下连续组合箱梁的剪力滞效应进行了分析.结果表明:其理论计算值与模型试验实测值和有限元值在波形钢腹板的顶底板上三者吻合较好,变化趋势一致,验证了计算公式的正确性;均布荷载作用下中间支点截面处顶底板的剪力滞系数最大值大于集中荷载工况下最大值,且在两种荷载工况下中间支点截面处波形钢腹板和混凝土顶板、钢底板交界处的剪力滞效应突出.     

反映混凝土单边效应的弹塑性损伤本构模型及应用

为了尽可能有效和准确地描述混凝土材料的非线性力学特性,在研究国内外混凝土损伤本构模型的基础上,基于连续介质损伤力学和不可逆热力学的理论框架,采用统一强度理论作为屈服破坏准则,分别定义拉、压双标量损伤来考虑材料的拉、压迥异特性,同时引入反向加载影响因子以修正拉压交替循环加载时材料的单边效应,以及多轴应力状态下拉、压损伤累积的相互影响,最终采用显式积分算法建立了一种改进的混凝土弹塑性损伤本构模型.不同素混凝土加载试验模拟结果初步验证了建议模型的有效性,而通过对含I型裂缝的混凝土简支梁试验进行数值分析,结果表明,所得的荷载 挠度曲线与试验结果吻合良好,进一步检验了模型应用于结构非线性分析的有效性.     

双室组合箱梁剪力滞分析的偏泛函微分方法

工程中普遍存在的剪力滞问题可能导致工程结构构件发生大变形以致严重损坏,对工程安全造成极为不利的影响.为了深入研究其作用机理,通过构建抛物型偏泛函模型,利用偏泛函微分系统对双室组合箱梁进行了推导研究.求得了在特殊外荷载(跨中集中荷载)下的特解,进一步得到了4种模式下的剪力滞偏泛函系数表达式.并从混凝土材料参数、钢梁材料参数等影响因素出发,选取模型结构,对该类型双室组合箱梁进行了参数特性研究以及对比分析.通过该研究,可为薄壁箱室结构的设计计算提供一定的指导作用和参照价值.     

水下爆炸气泡融合动态特性研究

在自然界中,气泡融合是一种重要的物理现象．基于势流理论,采用边界积分法,对水下爆炸气泡融合进行数值模拟研究．依据已有的数值研究成果和实验数据,建立气泡融合三维动力学数值模型,数值模拟结果与实验值吻合良好．应用该文开发的三维计算程序,分析距离、水深等特征参数对气泡融合动态特性的影响,得到了一些规律性的曲线和结论,旨在为水下爆炸气泡融合机理和动态特性研究提供理论参考．     

含孔隙混凝土二维细观建模方法研究

根据混凝土的细观组成和结构特点,对传统二维建模方法加以继承与改进,提出了一种高效的分步入侵判定算法.将孔隙直观地反映在模型中,建立了不同的含孔隙混凝土细观模型.对含圆形、椭圆形、多边形骨料与圆形、椭圆形孔隙的混凝土标准试件分别进行了建模研究,结果表明本文的算法具有较强适用性.同时,通过对不同面积率与多种形状骨料/孔隙混凝土的大量建模进一步验证了该算法的效率.模拟了混凝土试件在单轴压缩下的准静态力学性能,分析了混凝土内部孔隙对其裂纹扩展的主要路径、破坏模式以及宏观力学性能的显著影响.     

爆炸和冲击载荷下金属材料及结构的动态失效仿真

通过数值模拟研究爆炸冲击载荷下金属材料和结构的动态失效规律,对表征爆炸冲击毁伤效应及设计新型抗冲击结构有重要意义.强动载下金属材料失效涉及材料大变形、热力耦合、材料状态变化等多个复杂物理过程,给数值仿真带来了极大挑战,其中包括裂纹、剪切带等复杂失效模式的几何描述、动态失效准则的确定、塑性与损伤耦合演化的描述等问题.针对这些挑战性问题,基于能量变分建立描述金属动态失效过程的热弹塑性相场理论和计算模型,实现了断裂与剪切带失效模式的统一描述,并提出了其显式有限元高效求解策略.进一步将该模型应用于爆炸冲击载荷下金属脆韧失效模式转变、绝热剪切带(ASBs)自组织及冲击波作用下薄壁圆盘失效形式转变三个典型金属动态失效问题,验证了理论模型的准确性及计算模型的稳健性.该工作为后续开展基于仿真的爆炸冲击毁伤评估及防护结构设计研究奠定了基础.     

有限变形下的混凝土动态本构关系研究

讨论有限变形和小变形假设下本构关系的区别,并将其运用于混凝土的弹-粘塑性本构关系研究,提出了一个应变率相关的动态力学模型．模型基于Ottosen的4参数屈服准则,分别考虑混凝土在硬化阶段和软化阶段加载面的不同变化规律,建立冲击荷载下的混凝土本构关系．该模型可以应用于冲击载荷下混凝土材料响应的模拟．引进Green-Naghdi客观率建立有限变形的混凝土模型．根据大量实验结果对应变率和材料强度的关系提出合理假设,使模型可以反映混凝土大变形的动态力学行为,为相关工程问题的研究提供有益的思路和有效的工具．     

微米级玉米粉尘爆炸能量传播数学模型研究

为探讨微米级玉米粉尘爆炸能量随时间、空间变化规律,基于量纲分析"π定理"构建微米级玉米粉尘爆炸能量传播数学模型.研究表明:通过选取与爆炸火焰相关的基本量纲与导出量纲,提出了表征爆炸强度的"玉米粉尘爆炸能量系数",构建了微米级玉米粉尘爆炸能量传播数学模型.采用水平管道粉尘爆炸实验装置,测得不同时刻微米级玉米粉尘爆炸火焰传播距离,推算出水平管道空间内"玉米粉尘爆炸能量系数"为0.143.通过模型参数关系合理性检验、模型参数幂指关系检验及导出量纲选取完备性检验,验证了模型的科学合理性.微米级玉米粉尘爆炸能量传播数学模型的建立不仅为粉尘爆炸强度特性研究提供了理论基础,也对玉米粉尘爆炸事故危险等级评估具有重要意义.     

偏心冲击荷载作用下薄圆板动力学响应的保结构分析

关注动力学系统的局部几何性质,采用多辛分析方法研究了偏心冲击荷载作用下薄圆板振动特性.在探索偏心冲击荷载作用下薄圆板振动问题动力学控制方程的对称性和守恒律的对应关系基础上,对动力学控制方程在多辛体系下重新描述,并采用显式中点差分离散方法构造其多辛格式,通过对存在不同相对偏心距冲击荷载作用下的薄圆板振动过程的数值模拟,研究了相对偏心距对薄圆板振动特性的影响,同时,数值模拟结果也充分体现了多辛算法的良好保结构性能.该研究结果不仅为由于荷载作用位置误差带来的动力学响应偏差估计提供了依据,而且为偏心冲击动力学问题的研究提供了新的途径.     

扁球壳在均布压力与均匀温度场联合作用下的屈曲

根据扁壳几何非线性理论,推导了均布压力与均匀温度场联合作用下的扁球壳的位移型几何非线性控制方程.考虑夹紧边界条件,采用打靶法得到了扁球壳轴对称弯曲与屈曲的数值结果.讨论了壳体几何参数对平衡路径、临界荷载的影响.给出了壳体临界几何参数.当几何参数大于临界几何参数时,上、下临界荷载都随几何参数增加而增加.给定几何参数时,考察了不同均匀温度场对壳体上、下临界荷载、临界几何参数以及平衡构型的影响.均匀升温会使上临界荷载显著增加,会使下临界荷载略有减小.均匀变温会使临界几何参数改变.     

船体梁在水下近距爆炸作用下反直观动力行为的相似分析

针对漂浮船体梁结构在船舯底部近距爆炸作用下最终呈现的反直观中垂破坏现象进行了研究．首先以单发MK48鱼雷击沉DD973驱逐舰的实船打靶试验为例,建立了该问题的物理仿真模型,将水下爆炸冲击载荷的指数衰减段、倒数衰减段、倒数衰减后段和负压段压力精确加载到梁单元节点上进行求解,其中考虑了流固耦合效应、附连水质量以及重力和浮力变化的影响．之后利用相似理论对实船结构和箱型梁实验模型在中部下方近距爆炸作用下的整体动力响应进行分析,得到了决定船体梁中垂和中拱变形的相似参数及采用Rn数表示的理论预报公式,同时分析了各相似参数的物理意义和影响规律．     

地下结构变形速度在抗爆结构分析中的作用

在地下抗爆结构动力计算中,结构变形速度的作用是非常突出的.考虑结构变形速度的作用,所建立的结构体系运动微分方程可以真实地描述结构振动的实际情况.文中通过一维平面波理论,导出了作用在结构周边上的荷载表达式,给出了地下曲杆结构动力分析的广义变分原理,同时还进行了数值计算结构的对比分析.     

轴向复合载荷作用下变截面悬臂弹性立柱后屈曲分析

基于轴线可伸长弹性杆的几何非线性理论,建立了同时作用端部轴向集中荷载和沿轴线作用分布轴向载荷的变截面弹性悬臂柱的后屈曲控制方程。采用打靶法直接求解了所得强非线性边值问题,给出了截面线性变化的圆截面柱的二次平衡路径及其过屈曲位形曲线。