冲击荷载作用下水中悬浮隧道的位移响应

建立冲击荷载作用下悬浮隧道的动力学模型,将悬浮隧道简化为等距离弹性支撑梁,通过Galerkin(伽辽金)法求解悬浮隧道的振动位移方程,数值模拟悬浮隧道跨中时程响应,分析张力腿竖向刚度、冲击物质量、冲击速度对悬浮隧道跨中位移的影响.结果表明:冲击荷载作用下,张力腿竖向刚度对悬浮隧道位移响应的影响显著,但具有极限性.其次,冲击物质量和冲击速度也会显著影响悬浮隧道的跨中振动位移.研究结论为未来悬浮隧道的研究和建设提供重要的理论参考.     

海洋内波和洋流联合作用下水中悬浮隧道的动力响应

基于势流函数理论建立层化海洋内波流场,采用Morison方法考虑内波和洋流联合作用力,建立悬浮隧道-流体相互作用非线性振动数学物理模型.运用Galerkin(伽辽金)法数值求解振动微分方程,研究海洋内波和洋流共同作用下水中悬浮隧道的多模态动力响应行为.通过对拟建隧道实例的计算分析,结果表明:第一阶模态对位移响应贡献最大,在内波、洋流联合作用下,海洋内波的作用不可忽视,使第一、三阶模态的幅值都有大幅度增加,且反映出强非线性.研究成果为悬浮隧道结构荷载分析及复杂环境下海洋工程结构物所受环境荷载的研究提供有益探讨.     

随机地震激励下水中悬浮隧道的动力响应

将张力腿定位的水中悬浮隧道结构简化为弹性简支梁和弹性支撑刚性梁的叠加,基于Euler(欧拉)梁理论给出悬浮隧道管段受迫振动时的运动方程,等效线性化处理动力方程非线性项;采用虚拟激励模拟随机地震输入,数值模拟平稳随机地震下水中悬浮隧道管体的动力响应,给出管段的位移功率谱.通过位移功率谱分析表明:随着消能连接装置阻尼系数和张力腿弹簧系数的增大,管段的动力响应减弱,其中张力腿的刚度对悬浮隧道管体的震动影响较为显著.     

爆炸冲击载荷下航空铝合金平板动态响应数值分析方法

为得到适用于爆炸冲击载荷下航空铝合金平板动态响应的数值分析方法,采用LS-DYNA显式动力学分析软件对爆炸冲击载荷下的铝合金平板进行数值仿真计算.主要研究了不同的任意Lagrange-Euler(拉格朗日-欧拉)网格（ALE）输运步算法、流固耦合方式、流固耦合点数量、网格尺寸、有限元单元类型对计算结果的影响.通过计算结果与实验结果的分析对比,表明采用van Leer+HIS输运步算法、罚函数耦合方式、在流体网格与结构网格之间采用3个耦合点、结构网格尺寸与空气域网格尺寸比例设为2∶1、结构单元采用163号壳单元时可以较为准确地计算航空铝合金平板在爆炸冲击载荷下的动态响应,并且能提高计算效率,节约计算时间.     

爆炸冲击载荷下航空铝合金平板动态响应数值分析方法

为得到适用于爆炸冲击载荷下航空铝合金平板动态响应的数值分析方法,采用LS-DYNA显式动力学分析软件对爆炸冲击载荷下的铝合金平板进行数值仿真计算.主要研究了不同的任意Lagrange-Euler(拉格朗日-欧拉)网格(ALE)输运步算法、流固耦合方式、流固耦合点数量、网格尺寸、有限元单元类型对计算结果的影响.通过计算结果与实验结果的分析对比,表明采用van Leer+HIS输运步算法、罚函数耦合方式、在流体网格与结构网格之间采用3个耦合点、结构网格尺寸与空气域网格尺寸比例设为2∶1、结构单元采用163号壳单元时可以较为准确地计算航空铝合金平板在爆炸冲击载荷下的动态响应,并且能提高计算效率,节约计算时间.     

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．     

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.     

破片冲击作用下油箱动力学响应行为实验研究

研究了破片冲击作用下的油箱动力学响应行为.通过开展弹道冲击实验,使用高速摄像机对实验过程进行记录,利用三维数字图像相关技术测试了后壁板的响应历史,分析了油箱在不同破片入射速度下的毁伤形式及动态响应行为.结果表明:当破片以955~1 667 m/s的速度冲击油箱时,前壁板的损伤形式为圆形孔洞,后壁板损伤形式为花瓣形破口;随着破片入射速度的提升,后壁板的动态响应速度和应变水平都有了显著提升;后壁板的动态响应主要包括后壁板中心区域塑性变形和后壁板整体变形两个阶段;随着后壁板变形程度增大,在对角线和板边位置处产生了塑性铰线.     

计入气穴的水下爆炸作用下结构流固耦合三维数值模拟

水下爆炸在结构物面附近产生的气穴现象,严重影响水下爆炸作用下的流固耦合动响应,是舰船水下爆炸领域的难点,传统的边界元方法、有限元方法(FEM)难以解决水下爆炸气穴现象这类强非线性问题．针对此问题,计及流体中的气穴现象,考虑流体的可压缩型,忽略流体粘性,建立水下爆炸瞬态强非线性流固耦合三维数值模型,采用流体谱单元方法(SEM)和结构有限元方法求解该模型．计算结果表明:相对有限元法,谱单元法具有更高的计算精度,且谱单元解与解析解、试验值吻合良好．在此基础上,结合ABAQUS软件,分别探讨三维球壳、船体板架在水下爆炸作用下的瞬态流固耦合机理,给出气穴区域及其对水中结构物动响应的影响特征,旨在为舰船水下爆炸瞬态流固耦合问题的相关研究提供参考．     

在冲击载荷下松质骨的动力响应理论分析

人体骨骼在交通事故、舰船撞击等情况下,可能因受到冲击而损伤.将松质骨骨骼视为两相介质建立基本方程,通过方程简化及解耦分析,获得了冲击响应的解析解.结果表明,在骨骼一端受到冲击时,载荷在骨骼中向另一端传播,幅值逐渐减小,减小的程度随渗透性的增大而降低,如孔隙渗透性很大,载荷在骨架几乎不衰减,反之,则载荷几乎不传播.载荷到达另一端时发生反射,反射波与前进波叠加,可增加骨架破坏的可能性.当端部外力冲击仅作用一段时间,那么在外力卸载时,骨骼中会出现拉伸波,即骨骼可能发生拉伸破坏即拉断.孔隙髓体压力随载荷传播距离而逐渐增加,但是增大量有限,随时间整体有较明显的增长.随边界载荷幅值增加和参数a和b的减小,骨骼的响应也增强.     

爆炸作用下钢板层裂的数值分析

用一维运动模型对高能炸药在钢板表面接触爆炸时钢板中应力波的传播及其在钢板自由面上反射后引起的层裂现象进行了数值分析,并和前几年在我国进行的实验结果作了比较.发现当钢板采用流体弹塑性模型,并采用损伤积累层裂准则的情况下,计算所得的主裂片厚度是和实验结果合理地符合的.提出了一个计算主裂片厚度的近似公式,对实验中出现的多层的呈云母状结构的次裂片现象也作出了较满意的解释.     

爆炸荷载作用下地下复合结构动力分析

在地下抗爆结构的合理选型中,为了改善结构截面的受力状态,使截面各部位的材料强度得到充分的发挥,提出了复合结构的研究方法;采用微段隔离体分析的方法,给出了复合结构的平衡方程、约束方程和变形协调方程,利用广义功的概念直接引入物理意义明确的Lagrange乘子,应用变分方法证明了所构造的广义泛函的正确性．通过算例提出了复合结构截面合理的刚度匹配关系．     

地下结构物在爆炸冲击波作用下的动力分析

提出了一种求解任意形地下结构物在爆炸冲击波作用下的动应力集中问题的半解析方法．爆炸冲击波以平面SH波的形式入射,并用Fourier变换方法将其转换到频域,不同形状地下结构物的导纳函数由复变函数和保角映射的方法求得．利用Fourier逆变换,进一步合成得到时域中的地下结构的动力响应,最后,对正方形、三角形及马蹄形孔洞附近的动应力集中系数作了数值计算,并给出了具体结果．     

炸药爆炸作用下飞片的运动

刚性飞片在炸药爆炸作用下的一维抛掷问题,仅当爆炸气体多方指数等于三时可以求得解析解;一般情况下须利用计算机求出数值解本文利用了爆炸气体中反射冲击波的“弱”击波特性,使飞片运动和飞片后方流场之间相互耦合的复杂问题解耦而归结为求解常微分方程问题;然后用小参数摄动法求出多方指数接近于三的各种炸药驱动飞片问题的近似解析解,所得飞片终速和数值解符合很好;从而给出了用爆速和多方指数等两个炸药示性参量表出的估算飞片运动的良好近似公式.     

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.     

独柱式桥塔在冲击作用下的弹塑性时程分析

建立了独柱式桥塔结构的弹塑性动力学模型,并选择了脉冲荷载对结构进行加载计算。计算结果表明,桥塔结构受冲击作用后,层间残余位移的分布情况与冲击荷载作用位置有关。桥塔各部位的层间位移对冲击荷载的敏感性不同。相比塔的中部,塔的顶部和底部的层间位移对冲击荷载的敏感性更高。     

窄带随机噪声作用下非线性系统的响应

研究了Duffing振子在窄带随机噪声激励下的主共振响应和稳定性问题.用多尺度法分离了系统的快变项,讨论了系统的阻尼项、随机项等对系统响应的影响.在一定条件下,系统具有两个均方响应值.数值模拟表明方法是有效的.     

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。     

隔水套管波流联合作用下非线性动力响应

考虑流及波流联合作用,研究了深水套管的涡激非线性振动．将套管简化为梁模型,计及Morison非线性流体动力和涡激荷载,建立套管的涡激振动方程．采用Korolov函数求解套管的固有频率和模态,提出了计算涡激非线性动力响应的Galerkin方法,计算了160 m水深中170 m长套管的固有频率和模态,研究了流引起的主共振和波流联合引起的组合共振．计算结果表明波流联合作用下套管的动力响应明显增大,结果也揭示了波流联合激励下套管复杂的动力响应特性．     

移动荷载作用下黏弹性地基-Timoshenko梁振动响应对比分析

基于Fourier变换方法,对移动荷载作用下三维、二维和一维轨道-地基模型的振动响应特征进行了研究,将轨道视为Timoshenko梁,比较了不同速度和地基厚度下各计算模型之间的响应差异.研究结果表明:三维模型存在一个地基等效刚度,为波数和频率的函数.二维和三维模型的临界速度较为接近,但比一维地基梁模型要小得多.荷载速度小于地基临界速度时,三维模型的梁挠度幅值最小,二维模型次之,一维模型梁挠度最大.当荷载速度达到或超过临界速度时,二维模型的梁挠度幅值变得最大,此时三者的挠度时程曲线存在明显差别.二维和三维模型的地层水平位移幅值先随地基深度增加而增大,在某一深度达到最大值后随深度增加逐渐减小,竖向位移幅值则随深度的增加逐渐减小.