• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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多孔材料中应力波的传播
赵凯, 王肖钧, 刘飞, 罗文超
2011, 31(1): 107-112. doi: 10.11883/1001-1455(2011)01-0107-06
针对多孔泡沫混凝土实验应力应变曲线的基本特点,提出并建立了一种可以考虑孔隙压实过程的 材料本构模型及其数学形式。通过典型算例,分析了应力波在多孔材料中传播的耗散效应,指出多孔材料中 的孔隙在被压实过程中能有效吸收应力波能量、降低应力波强度,在引起应力波衰减的诸因素中,孔隙压实所 起的作用更大更显著。
关键词: 固体力学, 本构耗散, 应力波, 泡沫混凝土, 多孔, 孔隙
地下空腔解耦爆炸的数值模拟
劳俊, 肖卫国, 王肖钧, 赵凯
2009, 29(5): 535-541. doi: 10.11883/1001-1455(2009)05-0535-07
采用一种Euler算法和Lagrange算法相结合的有限差分算法计算地下空腔解耦爆炸。对腔内气体,采用Euler网格,对腔外岩石,采用Lagrange网格,对不同半径的空腔爆炸引起的远场应力波和震源函数开展了数值模拟,重点分析了空腔尺度对震源函数的影响。结果表明,空腔增大会降低远场应力波峰值、地下爆炸的耦合强度和震源函数稳态值,但拐角频率随空腔的增大而增大。
关键词: 爆炸力学, 空腔解耦, 有限差分, 地下爆炸, 震源函数, 数值计算
部分预应力混凝土梁抗冲击性能试验研究
李砚召, 王肖钧, 郭晓辉, 曹海, 赵凯
2006, 26(3): 256-261. doi: 10.11883/1001-1455(2006)03-0256-06
通过在跨中施加一落锤冲击荷载的方法,研究了3根无粘结部分预应力混凝土梁的抗冲击性能,给出了典型的实测波形曲线,测得了无粘结部分预应力混凝土试验梁在落锤冲击荷载作用下的动态位移延性和极限承载能力,分析了落锤重力势能对预应力混凝土梁动力性能的影响,并根据相似模拟理论,得出了与试验梁相似的12 m跨度的实际无粘结部分预应力混凝土梁的极限抗冲击承载能力。肯定了无粘结部分预应力混凝土试验梁具有很好的抗冲击性能,不会发生脆性破坏,完全可用于大跨度地下结构。
关键词: 爆炸力学, 抗冲击性能, 试验研究, 预应力混凝土梁, 动力特性, 落锤
水饱和岩石中爆炸应力波传播的数值模拟
周钟, 王肖钧, 赵凯, 刘飞
2005, 25(4): 296-302. doi: 10.11883/1001-1455(2005)04-0296-07
基于连续介质力学和不相融混合物理论,假定组分间无相对运动,采用B-W-N-B有效应力准则,在屈服面中引入孔隙影响因子,提出了一种多孔含水介质流固耦合的本构模型,并给出了孔隙的演化方程,对水饱和凝灰岩介质中的爆炸应力波传播作了数值模拟。数值计算给出的应力波形与实测结果有良好的一致性。采用本文中所述流固耦合本构模型,可很好地预测水饱和岩石中爆炸波的演化规律。
关键词: 爆炸力学, 本构模型, B-W-N-B有效应力准则, 水饱和岩石, 爆炸应力波
花岗岩介质中地下爆炸震源函数研究
周钟, 王肖钧, 肖卫国, 赵凯
2007, 27(1): 18-25. doi: 10.11883/1001-1455(2007)01-0018-08
结合地震反演方法和数值计算方法,研究了地下爆炸震源函数的特征以及介质特性对震源函数的影响。从水饱和花岗岩地下爆炸波数值模拟计算出发,重点分析了含水量对震源函数特性的影响。结果表明,含水量会提高地下爆炸的耦合强度,对于震源函数的稳态值,干岩要比水饱和岩石低,且稳态值随含水量的增大而增大;拐角频率随含水量的增大而降低;在水饱和花岗岩中,震源函数的高频衰减指数高于f-2;而过冲特性并不明显。
关键词: 爆炸力学, 震源函数, 理论反演, 地下爆炸, 花岗岩, 数值计算
应力波数值计算中的SPH方法
孙晓旺, 章杰, 王肖钧, 李永池, 赵凯
2017, 37(1): 10-14. doi: 10.11883/1001-1455(2017)01-0010-05
对一维波动方程的SPH格式和有限差分格式进行比较,并采用SPH法模拟了一维应力/应变波, 获得1个可衡量SPH法模拟应力波准确性的重要指标。结果表明,SPH法模拟应力波传播中采用的光滑长度必须不小于粒子间距;采用B-样条核函数和高斯型核函数能够获得良好的应力波图像,而二次型核函数不能,因此二次型核函数不适用于冲击动力学的数值计算。
关键词: 爆炸力学, 核函数, 光滑长度, SPH方法, 应力波
一种新形式的钢纤维混凝土冲击动态本构关系及材料参数的确定
叶中豹, 李永池, 赵凯, 黄瑞源, 孙晓旺, 张永亮
2018, 38(2): 266-270. doi: 10.11883/bzycj-2016-0252
采用∅75 mm大口径SHPB系统进行了钢纤维体积率为0%、0.75%、1.5%三种混凝土材料动态性能实验,得出了不同钢纤维含量、不同应变率下的材料应力-应变关系曲线,实验结果表明:随着纤维含量及应变率的增加,钢纤维混凝土材料的峰值应变、峰值应力都随之提高,并在峰值应力之后出现应力的应变软化现象。以此实验结果为基础,提出了一种依赖于应变和应变率相关函数的新型非线性黏塑性动态本构关系,并通过对实验曲线的三步逐次最小二乘优选模拟,得到了相应的材料参数。结果表明,该本构关系对实验数据的模拟效果较好。
关键词: 钢纤维混凝土, SHPB, 应变率效应, 动态本构关系
基于环形自由面岩土高效爆破的研究与应用
洪泳, 马宏昊, 沈兆武, 任丽杰, 崔宇, 赵凯
2018, 38(1): 98-105. doi: 10.11883/bzycj-2016-0176
针对岩石巷道掘进循环进尺慢,炮孔利用率低的问题,采用取岩芯技术在岩土中形成环形自由面,利用少量炸药即可达到高效爆破的效果。首先对取岩芯爆破模型进行数值模拟,对爆炸效果进行预估,并得到相关爆破参数;之后根据模拟结果进行爆破实验,制作两组水泥模型,分别模拟取岩芯爆破与传统爆破,在模型外部布置测振仪,测量爆炸过后模型的相关振动数据,并对两组模型的爆破效果与振动数据作出比较,得出取岩芯模型爆破效果及爆破振动要明显优于传统爆破模型。最后将该技术应用在某岩巷掘进现场进行爆破实验,取得成功。实验结果表明,利用取岩芯技术成形环形自由面进行爆破, 可以减少炮孔数, 降低炸药单耗,控制住爆破振动,提高爆破效率,达到高效爆破的目的,特别是该技术可应用于城市地下工程爆破。
关键词: 巷道掘进, 岩土爆破, 岩芯, 环形自由面
具有恒定冲击载荷的梯度泡沫金属材料设计
常白雪, 郑志军, 赵凯, 何思渊, 虞吉林
2019, 39(4): 041101. doi: 10.11883/bzycj-2018-0431
多胞材料可通过大变形大量地吸收冲击能量,引入密度梯度可进一步提高其耐撞性。梯度多胞材料的宏观力学响应对材料密度分布极为敏感,不同类型的细观构型的影响也极为不同。已有的研究工作主要局限在对给定的密度梯度分析其动态响应,较少对耐撞性设计方法进行研究。本文针对梯度闭孔泡沫金属材料,基于非线性塑性冲击波模型发展了耐撞性反向设计方法,以维持冲击物受载恒定为目标,运用级数法获得了简化模型和渐近解。利用变胞元尺寸法构建了连续梯度变化的三维Voronoi细观有限元模型,并利用ABAQUS/Explicit有限元软件对理论设计进行数值验证。结果表明,反向设计理论简化模型的渐近解对于梯度闭孔泡沫金属材料的耐撞性设计是有效的,所提出的耐撞性设计方法在控制冲击吸能过程和冲击物受载方面具有指导意义。
关键词: 梯度多胞材料, 耐撞性, 渐近解, 冲击波模型, 细观有限元模型