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基于CT的泡沫铝三维细观模型重建及应用

北京航空航天大学学报 2018年第1期44卷 160-168页

作者：李侯贞强张亚栋张锦华姜春琳中国人民解放军陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室南京210007 太原卫星发射中心太原036304

为了建立更加真实的闭孔泡沫铝三维细观分析模型,提出了一种基于计算机层析成像(CT)的有限元模型构建新方法。首先,对CT扫描得到的泡沫铝试件的扫描图像进行Otsu算法分析,确定了区分基体材料和空气的灰度最佳阈值。其次,基于映射网格思... 详细信息

为了建立更加真实的闭孔泡沫铝三维细观分析模型,提出了一种基于计算机层析成像(CT)的有限元模型构建新方法。首先,对CT扫描得到的泡沫铝试件的扫描图像进行Otsu算法分析,确定了区分基体材料和空气的灰度最佳阈值。其次,基于映射网格思想直接从扫描图像生成了试件的有限元分析模型,实现了泡沫金属三维细观分析模型的重建。最后,以此为基础进行了泡沫铝试件准静态压缩和动态冲击试验的数值模拟,结果表明,准静态压缩下泡沫铝的内部变形随机分布于整个试件,且与其三维结构密切相关;而动态冲击下变形在冲击端附近首先发生,体现出显著的局部化效应。本文方法能真实地描述泡沫金属内部的细观结构,实现了对泡沫铝试件在准静态压缩和动态冲击作用下的受力、变形与破坏过程更加详细的模拟分析。

关键词：闭孔泡沫铝 CT图像细观模型重建数值模拟

提高强冲击荷载作用下平板式防护门门框墙抗力的方法

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爆炸与冲击 2017年第3期37卷 487-495页

作者：赵跃堂董晓鹏易义君储程中国人民解放军理工大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室江苏南京210007

在强冲击波荷载作用下门框墙转角处会产生明显的应力集中,影响门框墙体系甚至整个防护结构的安全。为解决该问题,提出在迎爆面门框墙和衬砌结合部位设置薄弱层的构造方法,从而减小冲击荷载引起的过大的拉应力。运用考虑了剪切变形的悬... 详细信息

在强冲击波荷载作用下门框墙转角处会产生明显的应力集中,影响门框墙体系甚至整个防护结构的安全。为解决该问题,提出在迎爆面门框墙和衬砌结合部位设置薄弱层的构造方法,从而减小冲击荷载引起的过大的拉应力。运用考虑了剪切变形的悬臂梁理论分析表明,梁端部约束刚度的变化可以影响结构的破坏形态以及结构的内力分布,降低端部的约束刚度可以有效降低端部区域的内力峰值,延缓结构发生破坏的时间。利用有限元模拟的方法,分析了在出入口门框墙位置设置薄弱层对门框墙动力响应和破坏规律的影响。分析结果表明,设置薄弱层可以有效降低门框墙转角处的应力,降低门框墙结构破坏的风险,进而提高门框墙的抗力水平。

关键词：门框墙强冲击荷载薄弱层动力响应

土中爆炸波与地下结构相互作用计算方法研究综述

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爆炸与冲击 2015年第5期35卷 703-710页

作者：王羽高康华中国人民解放军理工大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室江苏南京210007

土中爆炸波与结构相互作用是地下工程结构抗爆计算的理论基础,理论研究中通常在宏观试验基础上,引入合理的介质动力本构模型分析波动问题。针对工程防护中的计算模型和解析方法,综述了岩土介质中爆炸波与结构相互作用的现状和研究进展,... 详细信息

土中爆炸波与结构相互作用是地下工程结构抗爆计算的理论基础,理论研究中通常在宏观试验基础上,引入合理的介质动力本构模型分析波动问题。针对工程防护中的计算模型和解析方法,综述了岩土介质中爆炸波与结构相互作用的现状和研究进展,内容包括土的动力本构模型,自由场中爆炸波的传播、爆炸波与箱型、圆柱形和直墙圆拱型等地下结构的相互作用等。重点阐述了常用的非饱和土和饱和土的动力本构模型、考虑松弛效应的土的综合弹塑性模型,一维平面波在不均匀介质和分层介质中的传播及地下结构爆炸荷载计算方面的研究成果,分析了各种模型和计算方法的适用范围和存在问题。

关键词：爆炸力学防护工程本构模型土爆炸波地下结构相互作用

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准脆性材料断裂模拟方法研究

岩土力学 2017年第12期38卷 3462-3468页

作者：燕秀发钱七虎赵跃堂周寅智陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点试验室解放军91550部队

针对岩石、混凝土类准脆性材料的断裂过程模拟,发展了基于黏聚裂纹模型的虚节点扩展有限元法,并给出了该法的数值原理和控制方程。通过三点弯曲梁拉伸断裂、单边缺口试件Ⅰ-Ⅱ复合型断裂和Nooru-Mohammed试验多裂纹断裂等典型算例,并与... 详细信息

针对岩石、混凝土类准脆性材料的断裂过程模拟,发展了基于黏聚裂纹模型的虚节点扩展有限元法,并给出了该法的数值原理和控制方程。通过三点弯曲梁拉伸断裂、单边缺口试件Ⅰ-Ⅱ复合型断裂和Nooru-Mohammed试验多裂纹断裂等典型算例,并与已有解或试验结果对比,表明该法适合于模拟准脆性材料由张开型裂纹支配的断裂过程。相对于节点分离有限元法,该法无需预设开裂路径;相对于塑性损伤有限元法,该法能够可靠模拟多裂纹曲线扩展;相对于标准扩展有限元法,该法无需引入裂尖单元,避免了应力强度因子的计算;相对于高阶富集扩展有限元法,该法具有良好的适用性,便于得到收敛的计算结果。此外,基于单元的位移场描述使其更易于嵌入常用有限元软件,从而利用后者良好的非线性计算功能求解复杂问题。

关键词：扩展有限元法虚节点黏聚裂纹模型准脆性材料裂纹扩展

强震作用下地铁车站结构损伤破坏的高效分析方法

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地震工程学报 2019年第3期41卷 672-678页

作者：范益陈力还毅郑康中国人民解放军陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室

地下结构的关键构件(如柱子等)在地震作用下可能发生破坏,进而影响结构体系的整体稳定性。在借鉴传统反应位移法的基础上,提出了一种新的位移时程反应分析方法,采用该方法对日本神户大开地铁车站进行地震响应分析。结果表明:位移时程反... 详细信息

地下结构的关键构件(如柱子等)在地震作用下可能发生破坏,进而影响结构体系的整体稳定性。在借鉴传统反应位移法的基础上,提出了一种新的位移时程反应分析方法,采用该方法对日本神户大开地铁车站进行地震响应分析。结果表明:位移时程反应分析方法能够考虑土-结构相互作用、材料非线性、几何非线性、水平地震与竖向地震的耦合作用及地震动传播的时空效应,适用于地下结构地震反应分析,利用该方法得出的地铁车站结构变形及损伤破坏与实际震害观察具有较好的一致性,并指出大开地铁车站结构的整体垮塌是由于柱子剪坏和高轴压联合作用所致。

关键词：地震荷载地铁车站结构动力分析损伤破坏高效分析方法

考虑尺寸效应的典型钻地弹侵彻混凝土深度分析

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爆炸与冲击 2022年第6期42卷 83-97页

作者：程月华姜鹏飞吴昊谭可可方秦同济大学土木工程学院上海200092 中国人民解放军96911部队北京100011 陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室江苏南京210007

准确评估精确制导武器的侵彻深度可为防护工程设计提供重要参考。已有研究工作大多集中于中、小口径弹体和普通强度混凝土靶体,且由于尺寸效应的影响使得现有计算方法对预测大口径典型钻地弹侵彻深度的适用性值得商榷。首先,综合分析了... 详细信息

准确评估精确制导武器的侵彻深度可为防护工程设计提供重要参考。已有研究工作大多集中于中、小口径弹体和普通强度混凝土靶体,且由于尺寸效应的影响使得现有计算方法对预测大口径典型钻地弹侵彻深度的适用性值得商榷。首先,综合分析了已有弹体侵彻试验数据,发现引起侵彻深度尺寸效应的主要原因是混凝土粗骨料粒径未随弹体尺寸进行同比缩放;其次,开展了5发100.0和203.0 mm口径缩比钻地弹侵彻C40和C100混凝土的试验和数值模拟分析,提出并验证了大口径弹体侵彻混凝土深度的实用化有限元计算方法;然后,确定了美军5种典型钻地弹在不同侵彻速度(100~600 m/s)下对上述2种强度混凝土靶体的侵彻深度,并对现有7种计算公式的适用性进行了评估;最后,基于已有大量试验数据拟合确定了侵彻深度随混凝土强度的衰减规律,并计算得到340 m/s侵彻速度下5种典型钻地弹对C40~C200混凝土的侵彻深度。

关键词：混凝土靶侵彻深度钻地弹尺寸效应

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基于小波包方法的超声速气膜气动光学效应相干结构

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光学精密工程 2018年第6期26卷 1299-1305页

作者：丁浩林易仕和赵鑫海朱杨柱高穹国防科技大学空天科学学院中国人民解放军63926部队中国人民解放军陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室中国洛阳电子装备试验中心光电对抗测试与评估技术重点实验室

当高速成像制导导弹在大气中飞行时,其光学窗口承受着严重的气动加热。超声速气膜冷却方法可以有效地隔离外部加热,但是超声速气膜流动会引起光束退化,降低图像质量。为了研究超声速气膜气动光学效应,本文构建了主流马赫数为3.4,设计喷... 详细信息

当高速成像制导导弹在大气中飞行时,其光学窗口承受着严重的气动加热。超声速气膜冷却方法可以有效地隔离外部加热,但是超声速气膜流动会引起光束退化,降低图像质量。为了研究超声速气膜气动光学效应,本文构建了主流马赫数为3.4,设计喷流马赫数为2.5,实际测得喷流马赫数为2.45的超声速气膜实验装置。利用基于纳米粒子的平面激光散射技术获得了高时空分辨率流场图像,并对气膜冷却流动的密度场进行重构,利用光线追迹法获取了对应密度场的光程差。通过将光程差分布和K-H涡对比后发现,光程差的波谷位置对应于涡卷的中心,而光程差的波峰对应于涡卷中心之间的连接部分。但是,随着涡结构的发展破碎,对应关系不再成立。根据超声速气膜NPLS流场图像结果,利用分形原理获取的分形维数结果,将其沿流向划分为三个区域,其对应平坦度分别为3.4,2.9,3.6,验证了区域2更适合进行相干结构提取。

关键词：气动光学超声速气膜相干结构小波包

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浅埋隧道单侧扩建施工方案优化

公路交通科技 2019年第4期36卷 108-116页

作者：谭仪忠刘元雪蔡守军王培勇陈俞龙中国人民解放军陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室江苏南京210007 中国人民解放军陆军工程大学训练基地江苏徐州221004 中国人民解放军陆军勤务学院重庆401311

目前国内外常见隧道扩建施工大都采用传统新建隧道的施工方法,但由于传统开挖方法忽略了原隧道衬砌对围岩的长期支撑稳定优势,降低了施工效率。依托重庆渝州隧道扩建施工实例对扩建优化施工方案进行了深入研究,提出了浅埋隧道单侧扩建... 详细信息

目前国内外常见隧道扩建施工大都采用传统新建隧道的施工方法,但由于传统开挖方法忽略了原隧道衬砌对围岩的长期支撑稳定优势,降低了施工效率。依托重庆渝州隧道扩建施工实例对扩建优化施工方案进行了深入研究,提出了浅埋隧道单侧扩建优化施工方案,即横向采用合理拱轴线开挖,纵向采用跳槽开挖的新方法。通过现场监控量测和ANSYS三维有限元模拟还原施工全过程进行对比分析。采用优化施工方案时,随着开挖掌子面的推进,原隧道衬砌受压应力计算值增大,纵向跳槽开挖时未拆除的原隧道衬砌能够发挥柱的作用,承担因跳槽开挖而产生的围岩压力,可有效提高施工安全稳定性。横向采用合理拱轴线开挖,使得开挖后围岩压力传递更加合理,并显著降低了初期支护结构拉应力和一定程度上增加了初期支护结构压应力。数值计算结果及现场监控量测数据对比显示,浅埋隧道单侧扩建开挖方案优化后拱顶位移比现状开挖方式小约16%～20%,且拱顶基本不出现受拉区,证明优化后的开挖方案在地下工程开挖卸荷时改变了原围岩的应力路径,能够充分调动围岩的自稳能力。故采用优化施工方案不但能够减少拱顶沉降,降低衬砌的拉应力,还能在保证施工安全的同时缩短施工工期,为今后的类似隧道扩建工程提供借鉴。

关键词：隧道工程施工方案对比分析跳槽开挖浅埋隧道单侧扩建

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微扰动诱发断裂滑移型岩爆的力学机制与条件

岩石力学与工程学报 2018年第A01期37卷 3205-3214页

作者：李杰王明洋李新平黄厚旭蒋海明中国人民解放军陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室江苏南京210007 武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室湖北武汉430070

研究在微扰动作用下滑移型岩爆的诱发机制问题,采用弱小扰动诱发初应力条件下岩块间接触面滑移的理论模型和能量变分原理推导得到断裂滑移型岩爆发生的3个必要条件:(1)接触面或围岩的破裂面处于高切向地应力水平的准稳定状态;(2)接触面... 详细信息

研究在微扰动作用下滑移型岩爆的诱发机制问题,采用弱小扰动诱发初应力条件下岩块间接触面滑移的理论模型和能量变分原理推导得到断裂滑移型岩爆发生的3个必要条件:(1)接触面或围岩的破裂面处于高切向地应力水平的准稳定状态;(2)接触面或断裂面的断裂刚度大于围岩的回弹刚度;(3)岩体运动的地冲击能量因子达到一定阈值,或接触面(断裂面)的相对位移在动力扰动作用下达到临界值。微扰动诱发岩爆释放的能量远远超过外部扰动能量,外部扰动仅起到了"扣板机"的作用,岩爆发生临界累积位移的量值和岩块的突出速度不取决于扰动的幅值,临界位移大小取决于施加剪切荷载的水平,而岩块的突出速度则主要取决于围岩压力做功与界面滑动摩擦力做功的关系,断裂滑移型岩爆震级的准确预测需要进行滑移后岩爆动能的计算。

关键词：岩石力学岩体块系结构滑移型岩爆弱扰动不可逆变形