高速铁路隧道高瓦斯大断面施工关键技术

针对刘家庄隧道出口段高瓦斯大断面隧道的自身特点,采取了无轨运输方案,对隧道施工的主要机械设备进行防爆改装,通过采取合理的开挖衬砌技术,引入瓦斯、视频系统及人员实时、动态监控系统,为隧道施工安全提供了可靠的保证,并且施工速度较快。     

爆炸冲击下的岩石裂纹数值模拟

本次计算的目的是为了模拟岩石质材料在爆炸情况下的损伤断裂,最终的结果是得到裂纹的发展情况。采用的工具是国际通用的大型有限元分析软件ABAQUS。ABAQUS在非线性、爆炸模拟方面具有强大的功能[1,2],并且在ABAQUS的计算实例中给出了一些相关的爆炸模拟例子[3,4],所以采用ABAQUS作为这次运算的工具是足够而充分的,最终的数值结果将与ABAQUS自带的爆炸计算实例进行对比分析来确定本次计算的合理性。     

水下近场爆炸双层防护结构抗爆能力的数值模拟分析

同步考虑水下近场爆炸冲击波载荷与气泡射流载荷的作用,综合分析双层防护结构型式及尺度对其抗爆能力的影响,可为双层防护结构的抗爆设计提供直接技术支持。采用基于欧拉法的气泡动力学程序模拟气泡的近壁脉动过程,基于能量等效原则,将射流水柱对结构的冲击简化为等效的射流载荷,通过编制MSC.Dytran软件子程序,在冲击波数值模拟阶段后自动添加等效射流载荷,实现更接近实际情况的双层防护结构遭受水下近场爆炸过程的数值模拟。以内壳单位板厚变形能表征双层防护结构的抗爆能力强弱,通过改变结构型式与尺寸参数,对不同支撑结构板厚、内壳板厚和内外壳间距下结构的抗爆能力进行批量计算,以结构总重和抗爆能力为双重目标,借鉴多目标优化思想,得到双层结构抗爆能力的最优解集。计算结果表明: 当内外壳厚度及其间距一定时,存在最佳支撑结构板厚;在同等结构重量情况下,Y型双层结构能提供更强的抗爆能力。

     

冲击波和高速破片对固支方板的联合作用数值模拟

为探讨固支方板结构在爆炸冲击波和高速破片联合作用下的变形破坏特点及规律,利用有限元分析软件ANSYS/LS -DYNA开展冲击波和高速破片对固支方板的联合作用数值模拟计算,阐述装药驱动预制破片的运动过程,分析冲击波载荷和破片载荷以及钢板在联合载荷作用下的变形破坏模式,并与试验进行对比。结果表明,数值计算结果与试验结果较为吻合;炸药底部中心处预制破片的初速最高,边缘处最低;在试验工况下,冲击波先于破片作用于结构,破片群总动能远大于爆轰产物及冲击波传递给结构的动能,破片群是造成钢板中心出现冲塞破口的主要因素,应作为防护结构的主要设计载荷。     

水下非接触爆炸下舰船球鼻艏结构抗爆抗冲击性能数值仿真

球鼻艏作为现代舰船的重要结构,具有降低流体阻力和装载声呐的作用,其结构强度直接关系到舰船的战斗力,而其抗爆抗冲击性能更是影响舰船生命力的重要因素。针对某舰球鼻艏结构,采用ANSYS软件建立有限元模型,并应用ABAQUS对其水下非接触爆炸载荷下的抗冲击性能进行数值仿真计算。计算结果表明,合理的结构设计及材料选择可使球鼻艏结构在不同水下非接触爆炸载荷下的塑性变形均处于安全范围内,并发现其主要薄弱环节位于导流罩与船体外板的连接区域,从而在设计中对薄弱环节进行适当加强。     

Protective effect of polymer coating on the circular steel plate response to near-field underwater explosions

To understand the intrinsic strong interaction between the soft coating and near-field underwater explosion, a series of comparative live fire tests are implemented. Nine steel circular plates with three configurations (i.e. rubber coated plate, foam coated plate and bare plate) are tested using 1.5 g PETN detonator. The stand-off between the plate center and explosive charge is ranged from 3.41 to 1.14 times of the maximum bubble radius. The transient strain history of the plate and acceleration history of the metal base fixture are monitored. The whole explosion process including local cavitation and bubble motion is recorded by an APX-RS high speed camera. Test results show that the compressibility of coating layer is the dominative factor that controls its protective performance in the shock wave loading phase. The more compressible foam coating distinctly reduce the shock wave intensity by local cavitation before enters the densification phase, while the explosion bubble shape and even the direction of water jet can also be changed. But the attenuation performance in the bubble loading phase is not as optimistic as that in the shock wave phase because more deformation space is required while the core has often entered the densification phase.     

船用夹层板系统水下防护性能数值仿真分析

夹层板系统(SPS)具有优越的力学性能,可应用于船舶防护结构设计中,提高其防护性能。文章基于非线性有限元软件ABAQUS,分析了SPS在水下爆炸冲击载荷下的结构损伤变形模式、吸能、速度、加速度响应等力学行为,并与传统船体加筋板架结构的防护性能进行对比分析;然后系统研究了不同冲击波工况下SPS的防护性能,并讨论了SPS结构参数对其防护性能的影响。研究结构表明,SPS对冲击波载荷具有较好缓冲及卸载效果;随着冲击因子的增大,SPS上下面板中心单元的应力和应变以及结构吸能都在相应增大,其中心点位移、速度和加速度也呈现出近似线性增长趋势;SPS存在最优结构匹配问题,需要进一步开展结构尺寸优化。     

轻型陶瓷/金属复合装甲抗弹分析模型研究

为探讨轻型陶瓷复合装甲结构设计,在弹道冲击响应特性试验研究与分析的基础上,针对薄金属背板支撑的陶瓷复合装甲,以金属背板发生碟型变形-剪切-花瓣型失效为分析对象,建立了陶瓷/金属复合装甲侵彻过程的近似解析模型。模型考虑了弹体的侵蚀失效及陶瓷碎片脱离弹头表面,向侧向和反冲击方向的运动,得到了陶瓷/金属复合装甲中金属背板的动态冲击响应及失效,陶瓷/金属复合装甲的弹道极限速度计算公式和弹体的剩余速度计算方法,模型分析结果与试验结果吻合良好。     

顶板设出入口的地铁车站在核爆荷载下受力分析研究

介绍了地铁车站出入口从地铁顶板穿出地面的几种形式和应用情况,结合北京地铁某车站实例,在人防核爆内压荷载、经土层衰减后的人防外压荷载及结构正常荷载组合联合作用下,采用有限元软件对该类型车站的受力做了详细的计算和分析,并对设计中出现的难点进行了处理。取得了较好的效果,为类似工程设计提供了有益的借鉴。     

水下爆炸二次脉动压力下舰船抗爆性能研究

将船体梁视为两端自由的Timoshenko梁,在借用二维切片法和水弹性方法的基础上,计算船体染在水下爆炸二次脉动压力下的响应特性。同时,还建立了在考虑水面效应和气泡运动时舰船受到二次脉动压力的计算模型。最后,分析了浮筏式减振装置在水下爆炸二次脉动压力下船用设备的减振抗冲性能。