• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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燃气爆炸作用下蒸压加气混凝土砌体墙的加固性能
彭培, 李展, 张亚栋, 陈力, 方秦
2020, 40(3): 035101. doi: 10.11883/bzycj-2018-0252
为研究燃气爆炸作用下蒸压加气混凝土砌体墙的加固性能,基于有限元软件LS-DYNA,建立了砌体墙简化数值模型,分析了GB 50779-2012 石油化工控制室抗爆设计规范中建议的荷载作用下砌体墙高度和厚度的影响,对比了玄武岩纤维(basalt fiber reinforced plastic, BFRP)布与喷涂式聚脲对蒸压加气混凝土单向砌体墙的加固效果,并以防止砌体墙倒塌为设计目标,给出了加固建议。研究表明,本文中建立的简化数值模型能较好地模拟燃气爆炸作用下蒸压加气混凝土砌体墙的变形和破坏模式,计算结果与试验吻合良好;《规范》建议荷载作用下,未加固砌体墙以弯曲破坏为主,随着墙体高度增加,破坏模式由弯曲破坏向剪切破坏转变;BFRP布条加固可以有效提高墙体抗弯刚度和压拱效应,而聚脲涂层加固对抗弯刚度提高有限但墙体拉拱效应明显,二者均能显著提高墙体抗爆性能;加固墙体均发生弯曲破坏,BFRP布条材料的断裂一般发生在墙体位移最大处,而聚脲涂层材料的断裂发生在跨端边界处。
关键词: 燃气爆炸, 蒸压加气混凝土, 砌体墙, 玄武岩纤维布, 喷涂式聚脲
弹体侵彻混凝土靶体的尺寸效应分析
彭永, 卢芳云, 方秦, 吴昊, 李翔宇
2019, 39(11): 113301. doi: 10.11883/bzycj-2018-0402
由于混凝土靶体抗刚性弹侵彻实验大多基于缩比弹体展开,侵彻深度相似律是否成立显得尤为重要。在侵彻相似模型基础上,综合分析已有侵彻实验数据及经验公式,发现侵彻深度在通常情况下存在尺寸效应,且无量纲侵彻深度随弹体尺寸变大而增大。但如果模型以及原型实验中弹体与混凝土靶体(包括粗骨料)严格等比例设计,侵彻深度相似律是成立的。不变的骨料特征(粗骨料未随弹体尺寸缩放)是引起侵彻实验以及侵彻经验公式中尺寸效应的主要原因。为研究由粗骨料引起的侵彻尺寸效应,开发了混凝土二维细观有限元建模程序,细观数值实验成功地反映出了侵彻尺寸效应,考虑模拟尺寸效应后的侵彻公式能较好地预测不同尺寸侵彻实验。
关键词: 侵彻深度, 混凝土, 尺寸效应, 细观模型
砌体填充墙的抗爆性能
范俊余, 方秦, 陈力, 张亚栋
2014, 34(1): 59-66. doi: 10.11883/1001-1455(2014)01-0059-08
为了揭示砌体填充墙的抗爆破坏机理,在野外实验中,测得了爆炸条件下砌体填充墙上的爆炸荷载及位移,得到了墙的抗爆性能、破坏模式以及碎片的飞散和分布情况。实验结果表明,墙体的破坏模式与荷载的大小有关,其破坏主要由灰缝的破坏引起。结合实验现象,采用分离式建模的精细化数值模拟方法,得到了不同荷载条件下裂缝的发展过程、墙体的边界条件对墙体的破坏模式的影响,确定了墙体不同破坏等级时的药量,进一步说明本文中数值模拟方法的合理性。
关键词:
点火位置对泄爆空间甲烷-空气爆炸荷载的影响
王超强, 杨石刚, 方秦, 鲍麒
2018, 38(4): 898-904. doi: 10.11883/bzycj-2016-0344
在12 m3密闭空间内开展了甲烷-空气预混气体(甲烷体积分数为9.5%)的爆炸试验研究,改变点火位置,分析有泄爆口时点火位置对甲烷-空气爆炸超压和火焰形态的影响。结果表明:点火位置对Δp1的升压速度基本没有影响,Δp2的峰值随着点火位置远离泄爆口而增大,Δp4的峰值与点火位置的关系为:中心点火最大,尾部点火次之,前端点火最小。在所有位置,Δp1随着泄爆阈值的增大而增大,且增量相同;Δp2在前端点火和中心点火时随泄爆阈值的增加而消失,仅在尾部点火时出现;Δp4只有在中心点火时随泄爆阈值的增加而增加。外部火焰发展过程可以分为火球阶段和火焰喷射阶段,尾部点火和中心点火的火球大小及火焰喷射长度远大于前端点火。
关键词: 甲烷, 泄爆, 超压峰值, 点火位置
考虑靶背自由表面和开裂影响的刚性尖头弹贯穿金属靶板模型
肖云凯, 方秦, 吴昊, 孔祥振, 彭永
2016, 36(3): 359-369. doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0359-11
将靶体视为不可压缩材料,假定空腔膨胀产生塑性-弹性响应分区,构造了靶背自由表面效应的衰减函数。将衰减函数乘以可压缩幂次硬化材料的阻力方程,得到了弹体贯穿金属靶板的阻力函数。基于弹性衰减-塑性衰减-开裂3个阶段,建立了同时考虑靶体可压缩性、靶背自由表面和开裂影响的弹体贯穿有限厚金属靶板的分析模型,推导得出了弹体瞬时速度的解析方程,并采用数值方法计算得到了弹体的过载、瞬时速度和残余速度。通过与6组实验数据和已有模型的对比得到,当靶板厚度和弹体冲击速度在一定范围内时,需要考虑自由表面效应的影响。
关键词: 固体力学, 贯穿模型, 空腔膨胀理论, 自由表面效应, 刚性尖头弹, 金属靶板
弹体侵彻刚玉块石混凝土复合靶体的数值分析
方秦, 罗曼, 张锦华, 孙志远
2015, 35(4): 489-495. doi: 10.11883/1001-1455(2015)04-0489-07
在先前混凝土三维细观模型和块石遮弹层三维模型研究的基础上,研究了小直径炸弹侵彻条件下,刚玉块石遮弹层的抗侵彻性能。重点分析了弹体侵彻条件对侵彻深度和弹体偏转角度的影响以及遮弹层构造参数对侵彻结果的影响;详细探讨了弹体命中速度、命中角度和弹着点位置,以及刚玉块石大小、体积率和填充混凝土强度对遮弹层抗侵彻性能的影响。与普通块石遮弹层相比,刚玉块石混凝土复合遮弹层具有更好的抗弹体侵彻性能。
关键词: 爆炸力学, 抗侵彻, 三维模型, 刚玉块石
爆炸荷载在圆截面桥梁墩柱上的分布规律
彭玉林, 吴昊, 方秦
2019, 39(12): 122201. doi: 10.11883/bzycj-2018-0317
墩柱是桥梁结构的主要承载构件,研究爆炸荷载在墩柱上的分布规律是分析爆炸荷载作用下桥梁结构动态响应的前提。以圆截面桥梁墩柱为研究对象,基于LS-DYNA软件建立了桥梁墩柱的有限元模型,综合考虑炸药当量、爆心高度、爆炸距离和墩柱直径等影响因素,基于数值模拟得到爆心高度低于0.3倍墩柱高度,比例距离为0.5~2.1 m/kg1/3和墩柱直径为0.15~1 m时,爆炸荷载冲量沿墩柱高度和横截面方向上的分布。结果表明:沿墩柱高度方向,地面爆炸或爆心高度为0.1倍柱高时,墩柱前表面冲量近似“单线性”分布,当爆心高度距地面0.2和0.3倍柱高时,墩柱前表面冲量近似“双线性”分布;沿横截面方向的平均净冲量与其前表面冲量之比为常数。基于上述爆炸荷载冲量分布规律,进一步提出了爆炸荷载作用在桥梁墩柱上总净冲量的计算方法,从而为桥梁墩柱抗爆响应分析与设计提供一定的理论基础。
关键词: 桥梁墩柱, 爆炸荷载, 圆形截面, 分布规律, 数值模拟
非线性弹性大变形材料梁的抗爆特性
方秦, 杜茂林, 陈力
2009, 29(1): 7-12. doi: 10.11883/1001-1455(2009)01-0007-06
从理论上探讨了非线性弹性大变形材料应用于抗爆结构的可行性,为此,基于等效结构体系的分析原理,将两端固定铰支梁的横向和纵向位移表示为三角级数形式,应用第二类Lagrange方程建立了非线性大变形材料梁的非线性分析方法,并且用ABAQUS有限元软件中的超弹性材料模型验证了所提出的方法的有效性。对典型的爆炸荷载作用下非线性弹性大变形材料梁的抗爆特性进行了分析,讨论了动力放大系数和材料性质及动荷载之间的关系。结果表明:与线弹性小变形材料相比,非线性弹性大变形材料具有优良的抗爆特性,结构的抗爆能力随结构变形的增大而显著提高。
关键词: 爆炸力学, 非线性分析方法, 爆炸荷载, , 非线性弹性材料, 大变形