条形装药爆炸条件下地下结构的动力数值分析

军事地下工程多采用直墙拱结构形式，实战中美军大量使用的精确制导炸弹装药可视为条形装药。为研究近区爆炸条件下条形装药对直墙拱结构的动力响应影响问题，利用LS—DYNA程序进行了条形装药爆炸条件下地下直墙拱结构的动力数值分析。通过对比集团装药的数值模拟结果，发现在条形装药垂直入射结构拱项时，直墙拱顶的有效应力峰值高于集团装药达25％。因此，如果按传统方法将精确制导炸弹装药视为集团装药，进行防护工程结构计算和设计偏于不安全，根据数值计算结果提出了防护工程结构设计参考建议。     

MEFP战斗部结构的正交优化设计

以多爆炸成型弹丸(MEFP)为计算模型,应用显式有限元程序LS-DYNA,分析了药型罩间距、锥角、壁厚、装药高度和装药直径5种因素对MEFP发散角的影响规律。结果表明:随着药型罩间距、壁厚和装药直径的增加以及药型罩锥角、装药高度的减小,MEFP的发散角在减小。在此基础上以MEFP发散角为命中和毁伤概率指标,应用正交优化方法针对5种结构因素对MEFP发散角的影响主次关系进行了分析研究。结果表明药型罩壁厚是MEFP战斗部命中和毁伤概率的主要影响因素,并得到了5种结构因素各水平的最优组合。     

炸药动态起爆对舰船上下邻舱结构的毁伤效应研究

为研究炸药动态起爆对小型作战舰艇相邻舱室的破坏效应,首先采用LS-DYNA有限元软件,分析了装药在下舱静态起爆时对邻舱的毁伤形式;然后,计算了装药在动态起爆和静态起爆时舱壁的飞散速度和舱内的冲击波超压值差异;最后,计算了不同质量装药在动态起爆时对组合舱室的毁伤情况。结果表明:炸药在下舱内爆时,上舱舱壁受到下舱顶板变形发生挤压变形,主要变形区域位于顶板处;运动装药相比静态装药对速度正方向舱室的毁伤效果明显提高,且速度正方向舱壁焊接处破裂位置发生了改变,上舱舱壁出现了更大形变;装药质量的改变可影响舱室率先破坏的位置,从而间接影响到对邻舱的破坏形式。     

接触爆炸下沉箱重力式码头面板毁伤效应分析

为了探究接触爆炸荷载下沉箱重力式码头面板的毁伤效应,首先以码头上部面板结构小毁伤为目标,设计制作沉箱重力式码头模型进行了爆炸试验,得到1 kg当量TNT炸药在码头面板中央爆炸后码头面板的毁伤情况;然后,在此基础上运用LS-DYNA程序建立基于拉格朗日欧拉法的码头模型有限元数值模型,讨论了控制混凝土HJC模型单元失效删除的关键参数,通过与试验结果的对比确立了混凝土单元各失效准则的取值;最后,对不同炸药位置、不同炸药当量下码头面板的毁伤效应进行了数值模拟研究,得到了不同的毁伤模式和具体的毁伤过程。结果表明:不同爆炸位置码头面板毁伤过程初始阶段具有相似性,之后受爆炸位置结构形式的影响毁伤模式体现出差异性;炸药当量增加会使毁伤程度加剧,相同炸药当量下,管沟处爆炸的毁伤程度要明显重于中间仓格处。     

内爆炸坑道中冲击波冲量试验

为获得内爆炸情况下坑道中冲击波冲量的传播规律,进行了坑口内装药比例模型坑道爆炸试验.模型坑道为等截面钢筋混凝土直墙圆拱结构,截面积为0.67 m2;TNT炸药的装药量范围为400～800 g.用压力传感器记录了坑道中的冲击波波形,分析了实测的冲击波波形和冲击波冲量的传播规律,由实测数据拟合出了冲击波冲量沿着等截面直坑道传播的工程经验公式.算例分析表明,提出的冲击渡冲量工程经验公式具有一定的应用价值.     

浅水爆炸特性数值模拟研究

为对浅水爆炸的荷载特性进行研究,首先采用LS-DYNA建立的浅水爆炸三维数值模拟模型对浅水爆炸的冲击波传播与气泡脉动进行了模拟,通过与经验计算公式对比验证了模型的可信性;然后,对浅水爆炸的荷载特点和分布规律进行了分析,并初步探究了水面及水底的影响规律,得到如下结论:LS-DYNA可实现浅水爆炸的有效模拟,模拟结果符合理论形态,且计算得到的荷载峰压和比冲量等特性参数与经验公式吻合良好。浅水爆炸荷载峰压在冲击波传播阶段出现,气泡脉动阶段荷载的比冲量则明显高于冲击波传播阶段,在浅水爆炸毁伤效应研究中,以上两个阶段均需考虑。炸药起爆深度附近及其以下水域为浅水爆炸荷载的主要作用区域。水面反射稀疏波和水底反射冲击波的峰压和衰减时间与冲击波相近;随着爆深增加,反射波对水面及水底附近位置影响增大,对水域中间位置的影响先减小后增大。     

地下工程预备口开挖的静力有限元分析

预备口对提高地下工程的生存能力有着重要影响,针对其特殊构造形式,运用有限元软件ANSYS进行三维数值模拟,分析预备口开挖过程中围岩应力和变形的分布规律。开挖过程中,围岩应力及时释放并重新分布,拱顶下沉变形最大,侧墙中点横向变形较明显;侧墙与底板交界处应力集中,预留掌子面处应力和轴向变形较其他断面要弱。为今后的施工提供借鉴。为今后的施工提供借鉴。     

水中爆炸作用下隧道毁伤效应研究

为研究隧道在水中爆炸荷载作用下的毁伤机理和破坏形态,选取典型管节,建立隧道管节的耦合Lagrange-Euler(CLE)三维数值模型,通过水下爆炸试验验证了CLE方法和材料模型的准确性。开展隧道管节的毁伤效应数值模拟,分析冲击波作用过程、管节损伤演化过程和管节破坏机理;进行参数分析,比较不同炸药当量和爆炸距离对管节毁伤程度和破坏模式的影响。结果表明：在水中爆炸作用下,隧道管节的损伤过程超过冲击波的作用时间。在同种炸药当量下,管节前壁的损伤程度随爆炸距离的增加而降低;后壁的损伤程度主要受炸药当量影响,爆炸距离对其影响较小。以位移变形为损伤指标,拟合得到函数关系式,并给出不同破坏程度的临界曲线,可用于评估隧道管节的破坏程度。     

鱼雷命中后舰船的载荷计算和剩余强度评估

以某舰船为例,计算了鱼雷在舰船底部非接触爆炸使舰体结构产生破损后由于进水引起的浮态和载荷变化,给出了鱼雷命中破损后波浪弯矩随不同破损部位、不同进水体积的变化规律.计算了破损舰船的弹塑性极限弯矩,并对舰船的剩余强度进行了评估.计算结果表明,鱼雷命中的最危险位置是船中,外载荷的增大和结构承载能力的减小使舰体结构在单发命中时也可能失效.     

爆炸冲击波作用下板架结构响应研究综述

板架结构是飞机和水面舰艇主要的组成单元,研究其在爆炸冲击波作用下的变形和破坏对目标结构的防护设计具有重要意义。国内外学者对板架结构在冲击波载荷作用下的变形与破坏进行了大量研究,形成了诸多成果。本文中从理论分析、实验研究和数值模拟3个方面总结了爆炸冲击波载荷作用下板架结构响应领域的研究现状,并对未来研究方向提出一些建议,为相关结构的抗爆设计以及战时毁伤评估提供参考。     

Influences of different crossing types on dynamic response of underground cavern subjected to ground shock

An intersecting cavern is a common structural form used in underground engineering, and its safety and stability performance directly control the service performance of the whole project. The dynamic re-sponses of the three kinds of crossing type (+-shaped, T-shaped, L-shaped) caverns subjected to ground shock were studied by numerical simulation. The velocity plus force mode boundary setting method was proposed in the coupled static and dynamic analysis of a deep underground cavern. The results show that, among the three types of crossing caverns, the+-shaped cavern is the most significantly affected by the dynamic action, followed by T-shaped, and then L-shaped caverns. The vault settlement, straight wall deformation, vault peak particle velocity, effective plastic strain of surrounding rock, and maximum principal stress and strain at the bottom of the lining of the straight wall increase with the increase of cavern span. The vault settlement, straight wall deformation, effective plastic strain of surrounding rock, and the maximum principal stress and strain at the bottom of lining to the straight wall decrease with the increase of lateral pressure coefficient, and the peak particle velocity at the vault increases. The variation is small compared with the change of cavern span. The influence range of the underground cavern intersection is two cavern diameters from the intersection centre. The bottom of the straight wall at the intersection is the weak part. It is suggested to thicken the support locally to improve the stability of the cavern.     

岩土崩塌冲击作用下埋地管道应力与变形分析

基于散体极限平衡条件,利用马斯顿提出的沟内埋管垂直土压力计算模型,对存在冲击荷载情况的埋地管道受力进行分析,同时根据弹性半空间理论对落石冲击荷载情况下管道轴向附加荷载分布情况进行了计算分析。在利用传统的应力设计进行分析校核的同时,应用竖向变形量设计理念,研究了落石垂直冲击管道正上方时管道变形情况,以此来判断管道失效与否,为地质崩塌灾害易发区埋地管道的铺设方式提供理论和实践依据。     

考虑刚度影响的双输入转矩分流式齿轮系统均载特性

为了对转矩分流齿轮系统均载特性进行更加深入的研究,建立系统非线性动力学模型,采用数值仿真方法计算系统的均载系数,分析联动轴扭转刚度、输出轴支撑刚度、输入转速以及轴位角对均载系数的影响规律,并对齿轮系统进行实验研究。研究结果表明:输出端的均载系数大于输入端的均载系数,高压输入端的均载系数大于低压输入端的均载系数;均载系数随联动轴扭转刚度的增加而增加,随支撑刚度的增加先减小后平缓;在不同转速下均载系数呈现波动变化,在4 100 ~ 4 400 r/min输入转速区间出现了谐振峰;轴位角a₂的值会影响均载系数随a₁变化的规律,尽可能减小轴位角可以提高系统的均载性能。通过实验测试验证了本文分析模型的正确性。     

A fast-running method for blast load prediction shielding by a protective barrier

This study presents a simplified blast load prediction method on structures behind a protective barrier. The proposed method is basically an empirical approach based on Kingery-Bulamsh (K-B) chart and finite element (FE) analysis results. To this end, this study divides the structure into three regions by three critical points. Blast loads at each critical point can be calculated based on K-B chart and an approximation according to FE analysis results. Finally, peak reflected overpressure and impulse distributed on the structure can be approximately estimated by linearly connecting blast loads at each critical point. In order to confirm a feasibility of the proposed method, a series of numerical simulations were carried out. The simulation results were compared with FE analysis results which are presented in the open literature. From such comparisons, it was found that the proposed method is applicable to predict blast loads on structures behind a protective barrier.     

框支短肢剪力墙转换结构不同墙肢布置方式抗震试验研究

框支短肢剪力墙转换结构在实际工程中已得到广泛应用,但其理论研究尚需完善.在试验和分析的基础上,通过对不同墙肢布置方式的两榀斜柱式转换结构试件在竖向和水平荷载共同作用下受力机理、承载能力、破坏形态、滞回特性、变形能力、延性系数、抗震耗能以及破坏机制等抗震性能参数的分析和对比,揭示了墙肢布置方式变化对整个转换结构受力性能及...     

水下爆炸中自由场压力和船体壁压的测量与分析

对水下爆炸中自由场压力的水面截断效应及冲击裁荷与船体相互作用的船体壁压进行了分析,得出了自由场压力的水面截断效应及早期的船体壁压计算近似公式.测量结果表明,球形装药中心起爆后形成的冲击波一般不是一条光滑曲线,而是会有多个振荡峰;当自由场压力测点离水面较近时,测量的自由场压力会出现明显的水面截断现象;船板在水中爆炸冲击渡的作用下产生的运动和变形对水中压力场有很大影响,舰体壁压反射系数与冲击波的入射角度有关.     

基于FLAC^3D的岩土边坡施工效应研究

采用FLAC3D对预应力锚索框架梁支护的岩土边坡施工过程进行数值模拟,围绕施工中坡体位移场与应力场的变化以及下级边坡施工对上部已完成的支挡结构受力影响进行研究.结果表明坡体开挖引起的松弛区呈圆弧状,且位移由临空面向坡体内逐渐减小,坡体弹性模量与其变形呈非线性递减关系;预应力锚索框架梁能有效抑制坡体变形,从坡顶到坡脚锚索轴力依次增大,故工程设计中宜对其分别设计,做到“强腰固脚”;下级边坡与上级边坡的支挡结构相互约束,共同承担滑坡推力,形成一种“联合支挡结构”.     

The deformation and failure mechanism of cylindrical shell and square plate with pre-formed holes under blast loading

The deformation and failure mechanism of cylindrical shells and square plate with pre-formed holes under blast loading were investigated numerically by employing the Ansys 17.0 and Ls-Dyna 971. To calibrate the numerical model, the experiments of square plates with pre-formed circle holes were modeled and the numerical results have a good agreement with the experiment data. The calibrated numerical model was used to study the deformation and failure mechanism of cylindrical shells with pre-formed circle holes subjected to blast loading. The structure response and stress field changing process has been divided into four specific stages and the deformation mechanism has been discussed systematically. The local and global deformation curves, degree of damage, change of stress status and failure modes of cylindrical shell and square plate with pre-formed circular holes are obtained, compared and analyzed, it can be concluded as: (1) The transition of tensile stress fields is due to the geometrical characteristic of pre-formed holes and cylindrical shell with arch configuration; (2) The existence of pre-formed holes not only lead to the increasing of stress concentration around the holes, but also release the stress concentration during whole response process; (3) There are three and two kinds of failure modes for square plate and cylindrical shell with pre-formed holes, respectively. and the standoff distance has a key influence on the forming location of the crack initiating point and the locus of crack propagation; (4) The square plate with pre-formed holes has a better performance than cylindrical shell on blast-resistant capability at a smaller standoff distance, while the influence of pre-formed holes on the reduction of blast-resistant capability of square plate is bigger than that of cylindrical shell.