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考虑透水效应的泥石流柔性防护网耦合分析方法

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岩土工程学报 2024年

作者：余志祥骆泓锦张丽君骆丽茹金云涛赵雷西南交通大学土木工程学院西南交通大学防护结构研究中心西南交通大学陆地交通地质灾害防治技术国家工程研究中心

针对柔性防护网在粘性泥石流通过时的透水效应问题，本文在柔性环连网等效薄膜有限单元(FEM)的基础上，结合s-ale和Ergun公式的欧拉-拉格朗日耦合算法，提出了structured-ale-FEM耦合算法(后文简称s-A-F方法)，实现了考虑透水效应的泥... 详细信息

针对柔性防护网在粘性泥石流通过时的透水效应问题，本文在柔性环连网等效薄膜有限单元(FEM)的基础上，结合s-ale和Ergun公式的欧拉-拉格朗日耦合算法，提出了structured-ale-FEM耦合算法(后文简称s-A-F方法)，实现了考虑透水效应的泥石流柔性防护网耦合分析。结合UsGs的泥石流柔性防护模型试验，开展了泥石流柔性防护全过程动力学分析，并与试验结果进行了对比分析。研究表明：本文提出的耦合方法可再现泥石流冲击、爬高及渗透堆积的全过程；与试验相比，泥石流堆积高度和堆积宽度的最大误差分别为11.9%和10.3%，泥石流浆体通过量最大差量为3.2%；柔性防护网关键部件动力响应与试验相比，右侧拉锚绳、左侧拉锚绳及网片最大变形量时程曲线误差分别为3.2%、16.4%及14.4%。与不考虑阻水效应的两种理论算法相比，s-A-F方法在泥石流冲击力峰值和泥石流浆体通过量准确度较同类其他方法提升了4.69%和17.50%。论文提出的s-A-F耦合方法可用于粘性泥石流柔性防护工程的设计计算。

关键词：泥石流柔性防护网 s-ale 薄膜等效透水

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前抛体对弹体入水载荷影响数值模拟研究

爆炸与冲击 2023年第4期43卷 64-77页

作者：肖睿魏继锋吉耿杰冯宇浪北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

弹体穿过气-液界面时因密度突变会遭受强冲击载荷,出现结构损伤或破坏。为降低弹体入水的冲击载荷,基于Rabbi降载思想,提出了一种在主弹体前附加前抛体的结构形式。运用s-ale(structured arbitrary Lagrange-Euler)算法和罚函数流固耦... 详细信息

弹体穿过气-液界面时因密度突变会遭受强冲击载荷,出现结构损伤或破坏。为降低弹体入水的冲击载荷,基于Rabbi降载思想,提出了一种在主弹体前附加前抛体的结构形式。运用s-ale(structured arbitrary Lagrange-Euler)算法和罚函数流固耦合方法进行空泡形态和弹体运动状态数值模拟,数值模拟结果与弹体入水实验图像吻合,验证了数值模拟算法的有效性;随后研究了前抛弹体的入水角度、主弹体与前抛体的无量纲入水时间间隔参数、前抛体尺寸、主弹体与前抛体的入水初速度对降载效果的影响。研究结果表明,前抛体垂直入水时存在前抛体和主弹体碰撞现象,不利于降载,甚至可能给主弹体带来更大的载荷;前抛体斜入水时可避免两弹体间的碰撞,具有良好的降载效果,最大降载率可达90%。在此基础上获得了降载效果最佳的无量纲入水时间间隔范围为0.8~0.9,在此范围内主弹体的降载效果随前抛体尺寸的增大和入水初速度增加而提高。

关键词：弹体入水冲击载荷降载技术前抛体 s-ale

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链锤式扫雷装置结构分析与抗爆性能研究

链锤式扫雷装置结构分析与抗爆性能研究

作者：魏千翔中北大学

学位级别：硕士

链锤式扫雷车也称为连枷式扫雷车,是一种机械式扫雷车,具有地形适应性强、扫雷作业成本低、效率高、能开辟全通路道路等特点。目前在国外人道主义扫雷任务中链锤式扫雷车的应用最为广泛,而在国内应用相对较少。链锤式扫雷装置作为链锤... 详细信息

链锤式扫雷车也称为连枷式扫雷车,是一种机械式扫雷车,具有地形适应性强、扫雷作业成本低、效率高、能开辟全通路道路等特点。目前在国外人道主义扫雷任务中链锤式扫雷车的应用最为广泛,而在国内应用相对较少。链锤式扫雷装置作为链锤式扫雷车的关键组成部分,其扫雷作业过程中的土壤切削能力与其对于地雷爆炸的防护能力,是设计与研究这类机械动力装置的重点,因此本文从多个方位角度对链锤式扫雷装置进行了结构设计与分析研究。通过UG三维建模软件对链锤式扫雷装置的结构进行初步设计与建模,并对部件进行装配操作,得到链锤式扫雷装置的三维模型。通过Ls-DYNA有限元分析软件,采用sPH算法对设计方案中的四种锤头分别进行仿真分析,通过对比切削过程中的切削阻力、切削力矩与切削功耗,最终选出最佳的设计方案,并为锤头设计提供合理依据。使用s-ale算法对面密度相同但聚脲涂覆方式不同的Q235钢板进行爆炸仿真,并对其抗爆性能展开研究,结论表明在背爆面涂覆聚脲的Q235钢板抗爆炸性能是最佳的,但Q235裸钢板在面密度相同的情况下,其抗爆性能则比有聚脲涂层的钢板好。利用s-ale法分别对内壁涂覆聚脲的Q235钢方管与装甲钢方管,外壁涂覆或在内部浇注聚脲的Q235钢、装甲钢、6063-T5铝合金圆管进行数值模拟研究,结果表明方管内壁的聚脲越厚防护性能越好;在金属圆管内部浇注聚脲,其抗爆性能会得到提升;三种材料中只有6063-T5铝合金圆管在外壁涂覆聚脲时能提升抗爆能力,其余两种会降低。通过数值模拟对扫雷装置关键部件涂覆或浇注聚脲的抗爆性展开分析,结果表明,聚脲复合结构可以有效提升装置的抗爆能力。

关键词：链锤式扫雷 sPH 土壤切削 s-ale 爆炸防护数值模拟

极地船舶在冰撞载荷及挤压作用下局部极限强度研究

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极地船舶在冰撞载荷及挤压作用下局部极限强度研究

作者：焦鑫晨江苏科技大学

学位级别：硕士

随着全球变暖,北极海域的冰层逐年融化,北极航道的开通成为可能,且北极地区储存着丰富的油气资源,故开发北极地区已成为当前的热门。近些年,各国相继出台各种政策开发北极,我国的“冰上丝绸之路”也已经开始建设,这意味着将会有大量的... 详细信息

随着全球变暖,北极海域的冰层逐年融化,北极航道的开通成为可能,且北极地区储存着丰富的油气资源,故开发北极地区已成为当前的热门。近些年,各国相继出台各种政策开发北极,我国的“冰上丝绸之路”也已经开始建设,这意味着将会有大量的船舶驶向北极。由于北极海域还存在着大量的海冰,与船舶发生相互作用不可避免,且俄罗斯测得北极地区最低气温约为-68℃,因此航行于极地地区的船舶首先面临的是复杂的冰载荷环境和极端温度环境。研究表明,低温环境会提高钢材的屈服强度及极限强度。目前,各国科研人员对船舶强度的研究主要在常温当中,如果将此研究结果直接应用到极地船舶的设计当中,可能会产生不可预料的风险。故本文将结合试验数据、经验公式、极限强度理论以及有限元数值仿真等方法对低温环境下船体结构的极限强度进行研究分析。研究成果将对航行于极地地区的船舶设计提供一定的参考。具体研究内容如下:(1)对极限强度理论及钢材本构模型进行研究。根据规范要求,选取AH32钢作为极地船舶的主体材料,结合他人实验数据,利用非线性有限元法对AH32钢进行有限元拉伸实验数值仿真,且通过比较试验结果与仿真结果,验证AH32钢Cowper-symonds本构模型的合理性。(2)在低温环境下对箱型梁与海冰碰撞的极限强度进行研究,利用有限元软件Ls-DYNA对箱型梁-冰计算模型进行三维建模。结合国内外对海冰材料的研究,确定海冰材料属性及海冰本构模型,再结合上述钢材本构模型,对箱型梁与海冰碰撞进行数值仿真分析,探究环境温度(20℃、0℃、-30℃、-60℃)、速度和冰厚对箱型梁极限强度的影响。(3)基于s-ale流固耦合方法分析船体结构在碰撞载荷下的极限强度。在Patran软件中完成全船的三维建模,在利用Hypermesh软件建立海冰的三维模型,最后将其导入到Ls-DYNA软件中。基于s-ale流固耦合理论,在Ls-DYNA中建立虚拟网格流场,且对材料属性、接触算法、边界条件等进行设置,通过对比有无流场作用下船冰之间的碰撞力,结果表明s-ale流固耦合方法更加接近真实情况。最后船体结构在碰撞载荷下的局部极限强度进行有限元数值仿真,分析环境温度、航速及冰厚对极限强度的影响。(4)导出船体碰撞损伤模型,在Hypermesh中处理得到具有初始缺陷的船体模型,通过IACs《极地船舶要求》计算船首肩部区域的挤压冰载荷和均布压力大小,利用犀牛软件中Grasshopper插件完成三维碎冰模型的构建。基于Ls-DYNA非线性有限元分析且在s-ale流固耦合理论和极限强度理论的支撑下对具有初始缺陷的船体模型进行分析研究,通过改变环境温度及海冰模型的平均厚度,探究结构损伤变形、碰撞力及船首肩部区域的剩余极限强度。

关键词：冰相互作用非线性有限元 Ls-DYNA s-ale 极限强度

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航空餐车内置式防爆罐抗爆性能的数值模拟

消防科学与技术 2020年第4期39卷 460-464页

作者：苏培刚陈剑平殷国祥张建彬吴长波张丰中国民航局第二研究所四川成都610041 重庆航空有限责任公司重庆401120

针对飞机客舱爆炸物或可疑爆炸物的应急处置难题,提出一种航空餐车内置式防爆罐。为研究防爆罐的抗爆性能,采用s-ale和流固耦合(FsI)方法,基于Ls-DYNA软件建立防爆罐的仿真模型,研究防爆罐内部爆炸载荷的分布规律和衰减规律,分析防爆罐... 详细信息

针对飞机客舱爆炸物或可疑爆炸物的应急处置难题,提出一种航空餐车内置式防爆罐。为研究防爆罐的抗爆性能,采用s-ale和流固耦合(FsI)方法,基于Ls-DYNA软件建立防爆罐的仿真模型,研究防爆罐内部爆炸载荷的分布规律和衰减规律,分析防爆罐吸能效果。对防爆罐结构强度进行了评估与优化,在防爆罐盖体退刀槽外侧增加材料,降低盖体塑性应变,提高安全系数。

关键词：爆炸力学航空防爆罐 s-ale 流固耦合泡沫铝

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