爆炸作用下混凝土板破坏数值模拟
接触爆炸下混凝土墩破坏效应试验与数值模拟
接触爆炸下混凝土墩破坏效应试验与数值模拟接触爆炸下混凝土墩破坏效应试验与数值模拟一、引言混凝土墩是一种常用的结构形式，广泛应用于建筑、桥梁和隧道等工程中。
然而，在现实生活中，恶劣的环境条件下，如战争或恐怖袭击事件中，混凝土墩往往会受到爆炸冲击而被严重破坏。
因此，研究混凝土墩在接触爆炸下的破坏效应对于提高结构的安全性和抗冲击能力具有重要意义。
二、试验方法为了研究混凝土墩在接触爆炸下的破坏效应，我们设计了一系列试验。
首先，我们选取了几个不同尺寸和材质的混凝土墩样本，制作成标准的实验模型。
然后，我们设置了爆炸装置，将炸药直接接触到混凝土墩的表面，模拟真实的爆炸环境。
试验过程中，我们使用高速摄像机记录了混凝土墩的破坏过程，并使用应变测量仪器记录了关键部位的应变数据。
三、试验结果通过分析试验结果，我们发现混凝土墩在接触爆炸下的破坏过程可以分为以下几个阶段。
首先是冲击波阶段。
当爆炸发生时，产生的冲击波传播到混凝土墩表面，造成表面裂纹和剥落。
冲击波的能量会导致混凝土墩发生变形和应变。
接着是爆炸气浪阶段。
爆炸产生的巨大气浪会导致混凝土墩发生局部破坏，例如爆炸侧产生的大片飞溅。
同时，气浪的冲击力也会加剧混凝土墩内部的变形和破坏。
最后是碎片飞溅阶段。
在爆炸过程中，混凝土墩的碎片会被弹射出去，对周围环境造成伤害。
碎片的飞溅距离和速度与爆炸的能量和墩体的材质有关。
四、数值模拟为了更深入地研究混凝土墩在接触爆炸下的破坏效应，我们采用了数值模拟方法。
首先，我们建立了混凝土墩的几何模型，然后通过有限元方法进行网格划分。
接着，我们根据文献资料和试验数据，选取合适的材料模型和爆炸参数进行模拟。
通过数值模拟，我们成功地再现了混凝土墩在接触爆炸下的破坏过程。
模拟结果与试验结果相吻合，证明了数值模拟的有效性。
同时，我们还通过改变不同参数值，研究了混凝土墩的抗冲击性能，并提出了一些改进措施。
五、结论通过接触爆炸下混凝土墩破坏效应的试验与数值模拟研究，我们得出以下结论：1. 冲击波、爆炸气浪和碎片飞溅是混凝土墩在接触爆炸下破坏过程的主要因素。
爆炸作用下混凝土板破坏数值模拟
和空气 ３ 种材料采用欧拉 （ ｕ ｒ 网格建模 ， Ｅｌ ） ｅ 单元使 用 多 物质 Ａ Ｅ算 法 ， Ｌ 允许 在 同一 个 网格 中包含 多 种
物 质 。混凝 土 板 采 用 拉 格 朗 日 （ ａｒｎｅ 网 格 建 Ｌｇａｇ ） 模 ， 凝土 板与 空 气 和 土介 质 问采 用 耦合 算 法 。将 混 混 凝 土板 、 药包 、 气 层 、 介 质视 为标 准 的理 想体 空 土 介质 ， 其性 质 是 具有 各 向 同性 的 连续 性 均 匀 介 质 。 在整 个分 析过 程 中忽 略 土 的 重力 作 用 ， 设 爆 轰产 假
解器和后处理器对板状结构介质在爆 炸作用 下的破坏 过程进 行 了数值模 拟。通 过数值 模拟 ， 现 了炸 药爆 炸 再
后， 冲击波的传播 过程 以及板状介质 的变形过程， 分析 了爆破 动载作 用下板 状结构介质破坏情况。
关键词 ： 板状结构 介质 爆破 数值 模拟 Ｌ Ｓ—Ｄ Ｎ ＹＡ
物 的膨胀是 绝 热过程 。
的炸药包的爆炸能量爆破邻近的高 阻抗介质 ， 即通 过埋 置于某 种约束 介 质 的药 包 的爆炸 能量 以达 到破
坏另一 种介 质 为 目的的爆破 方法 。该类 型爆 破 在实 际工 程 中有 着广 泛 的应用 。如拆 除大 面积 的混 凝 土 地坪 、 板 等 薄 壁 结 构 ， 底 飞机 场 跑 道 等 。在 我 国北 方， 在冻土层 上施 工 时 ， 往往 需要 首先 进行 冻土层 的
弹体侵彻混凝土过程中炸药动态响应数值模拟
弹体侵彻混凝土过程中炸药动态响应数值模拟贾宪振;李媛媛;郭洪卫;王建灵;高立龙【摘要】采用动力学计算程序AUTODYN对弹体侵彻混凝土过程进行了数值模拟.重点分析了弹体内部炸药所受压力的变化规律及装药与壳体之间的相互作用.数值模拟结果表明:弹体在侵彻过程中,装药前端主要受压缩作用,导致弹体前端的炸药产生明显的塑性应变.弹体尾部装药受到拉伸和压缩作用,并且装药和壳体尾部之间发生强烈碰撞,装药遭受明显的冲击作用.根据计算结果,侵彻型弹药设计应重点防护装药前端和尾部.%The process that a loaded projectile penetrated into a concrete target was simulated by using hydro-dynamic code AUTODYN. The study emphasis focused on the pressure imposed on the explosive charge and the interaction between the explosive charge and the projectile shell. Calculated results show that: the fore of the explosive charge mainly endures compressed effect which induces to plastic damage, and the tail of the explosive charge endures both compressed effect and tensile effect, as well as it is impacted by the tail shell which leads to strongly shock effect on the tail of explosive charge during the projectile penetration. According to our investigation, both the fore and the tail of the explosive charge need to be protected in the projectiles are used to penetration.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2012(012)011【总页数】4页(P2528-2531)【关键词】爆炸力学;炸药;侵彻;动态响应;数值模拟【作者】贾宪振;李媛媛;郭洪卫;王建灵;高立龙【作者单位】西安近代化学研究所,西安710065;西安近代化学研究所,西安710065;西安近代化学研究所,西安710065;西安近代化学研究所,西安710065;西安近代化学研究所,西安710065【正文语种】中文【中图分类】O389;TJ55侵彻内爆型弹药可用于打击地下深层工事、混凝土/钢筋混凝土结构工事等军事目标［1，2］。
混凝土中爆炸模拟的数值方法比较
第28卷 第4期 应 用 力 学 学 报 V ol.28 No.4 2011年8月 CHINESE JOURNAL OF APPLIED MECHANICS Aug. 2011来稿日期: 2011-03-02 修回日期: 2011-06-20第一作者简介：杨刚，男，1981年生, 博士, 湖南大学机械与运载工程学院、汽车车身先进设计制造国家重点实验室，讲师；研究方向——计算方法文章编号：1000- 4939(2011) 04-0423-04混凝土中爆炸模拟的数值方法比较杨刚 胡德安 韩旭(湖南大学 410082 长沙)摘要：应用AUTODYN 商业软件对装药在混凝土靶介质中的爆炸过程进行数值模拟，对比了混凝土中爆炸模拟的不同方法。
将各数值方法模拟得到的混凝土毁伤特征尺寸与相关实验数据进行比较，研究了各数值方法的准确性及描述混凝土毁伤特征的可靠性参数。
结果发现：Euler 算法计算的压力最大，SPH 和Lagrange 耦合算法计算的压力最小；Euler 算法和SPH 算法计算的压力衰减过程会发生比较显著的扰动。
以不同的平均网格尺寸对数值模拟结果的影响分析了各种数值方法的稳定性。
比较靶体上同一测点的压力时间历程表明网格变化对测点处压力影响不大。
通过应用各种数值方法模拟再现混凝土中的爆炸过程，揭示了各种方法的优缺点，明确了现有商业软件模拟混凝土中爆炸的适用性。
关键词：爆炸力学；混凝土；AUTODYN 数值模拟；Euler 算法；Lagrange 算法；SPH 算法 中图分类号： O383 文献标识码：A1 引 言在现代军事防御设施和建筑工程中广泛应用混凝土，对混凝土在爆炸作用下的响应进行预估成为了防护工程和爆破工程研究中的重要内容之一。
混凝土中爆炸的过程涉及到炸药爆炸高能释放、强冲击波在介质中的传播、混凝土材料与爆炸产物的相互作用响应等，理论研究很难全面反映其中各个过程；实验研究成本高、周期长，并且相关参量也很难测定获取，往往只能得到混凝土在爆炸破坏作用下的终态响应结果。
混凝土中爆炸的破坏效应数值模拟
随着高效毁 伤技术 的发展 ， 常规 武器战 斗部在侵 彻 、 爆炸作用条件下对钢筋混凝 土防护结构产生 冲击 ， 近距离 和 内部 接触爆炸毁伤破坏效应研 究 已经成为热点 ， 如导 弹 战斗部爆 炸模拟 、 山爆破 、 矿 爆炸容 器、 金属 爆炸成 型、 水 下爆破排淤等． 印度的 ＡＫ Ｐｎ ｅ Ｒ ｍ Ｋ ｍ ｒ ａｄｙ和 ａ ｕ ａ 等进行 了 爆炸载荷作用下 钢筋混凝 土容器 结构 中的非线性 响应分
模拟拉伸波反射产生拉伸应 力 ， 导致拉 伸层 裂破坏 ， 因此 ， 材料 的压 缩行 为 响应 采用 Ｈ ｌｑｉ－ ｈｓ －ｏｋ ＨＣ 模 ｏ ｕｓＪ ｎｏ Ｃｏ （ Ｊ ） ｍ ｔｏ ｎ 型＿ ， 过最大等效 塑性应变 给出单元 的失效准则 ， ３通 Ｊ 材料 的拉伸损伤行为模拟使用 Ｔｙ ｒ ｈｎＫ ｓｎｎｌＴ Ｋ 连续 ａｌ － ｅ－ ｕｎ ａｕ（Ｃ ） ｅＣ 损伤模型， 由拉 伸损 伤度进行 控制 ， 当混凝 土材料 的拉伸
２
四 川 兵 工 学 报
∞ 鲫 ∞ ∞ 如 ０
从 图 ２ 图 ３中可 以看 出 ， 凝 土 在 ｔ ５ ． 的 时 间 、 混 ＝１９ ９ 内 能 量达 到 最 大 值 ， 而 炸 药 在 ｔ ３０ 的时 间 内能 量 然 ＝２ ．６
达到了最 大值 ； ｔ ５ ． 时 ， 在 ＝１９９ 混凝 土结构 获得 了最大 的能量 ， 大小为９ ７ ．１ ， ＝２ ． ｓ ， 其 ２ ９ ８ ｔ ３０ ｐ 时 炸药爆 炸释 ４ Ｊ ６ 放了所有 的能量 ； 此后混凝 土结构 的能量随着 时间的延续 逐渐耗散 ， ｔ ０ 时能量为５ ５ ． ， 在 ＝８０ ４０５ １ Ｊ而炸药在 ｔ ４ ＝ ２ ． ｓ ３０ ｐ之后能量急剧下降 ， ｔ ２ ．８Ｗ时炸药的能量 ６ 在 ＝２ ８ ｓ ３ ａ
爆炸冲击载荷下钢板-混凝土组合结构的动态性能和破坏机理研究进展
2021年第3期3月混凝土与水泥制品CHINA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTS2021 No.3M arch爆炸冲击载荷下钢板-混凝土组合结构的动态 性能和破坏机理研究进展秦彦帅！，曲艳东！，2,李继野2,张瑞雪！，于跃 1(1.辽宁工业大学土木建筑工程学院，辽宁锦州121001;2.大民族大学土木工程学院，辽宁大连116650)摘要：钢板-混凝土组合结构（S P C C S)是一种具有自重轻、延性和抗力高、施工简便和经济效果显著等优点的新型混凝土组合结构。
爆炸冲击载荷作用下S P C C S的力学性能与常规载荷作用下的结构性能相比，存在较大区 别。
论述了S P C C S的构成特性与分类，从理论、试验和数值模拟三个方面综述了爆炸冲击载荷作用下S P C C S的动 力响应和损伤破坏的最新研究成果，并对其未来发展趋势进行了展望。
关键词：钢板-混凝土组合结构；抗剪连接件；爆炸载荷；动力响应；抗爆性能中图分类号：TU398 文献标识码：A doi：10.19761/j.1000-4637.2021.03.082.06Research Progress on Dynamic Performances of Steel Plate-concrete CompositeStructures Under Blast LoadsQIN Yan-shuai1,QU Yan-dong1,2,LI Ji-ye2,ZHANG Rui-xue1,YU Yue1(i.S c h o o l o f C iv il and A rc h ite c tu ra l E ng in e e rin g, L ia o n in g U n iv e rs ity o f Technology, Jinzhou 121001, C hina; 2.C ollege ofC iv il E ng in e e rin g,D a lia n M inzu U n iv e rs ity, D a lia n116650, China)Abstract：As a new type o f com posite stru cture, steel plate -c o n c re te com posite structure (SPCCS) has ce rta in advantages, such as lig h t w eigh t, h ig h d u c tility and resistance, sim ple co n stru ctio n and s ig n ific a n t econom ic effect. The m e chanica l properties o f SPCCS u n d e r blast loads are d iffe re n t fro m those u n d e r con vention al loads. The com position ch a racte ristics and c la ssifica tio n o f SPCCS are discussed in enginee ring fie ld s, and the latest research results o f dyn am ic response and fa ilu re o f SPCCS u n d e r blast loads are sum m arized fro m three aspects o f theory, exp erim e nt and n u m e rica l sim u la tio n, and the developm ent tre n d o f SPCCS in the fu tu re is prospected.Key words：Steel plate -c o n c re te com posite stru cture; Shear connector; B last load; D ynam ic response; A n ti -explosion perform ance0 前言近年来，特殊基础设施如核电工程、地下工程、近海结构和海洋6台等不断涌现。
爆炸荷载作用下高强混凝土的毁伤性态与地冲击效应_张继春
爆炸荷载作用下高强混凝土的毁伤性态与地冲击效应张继春(土木学院)1 概述混凝土材料是一种应用广泛的传统工程材料,也是国防及重要基础设施的主要原料。
在近10余年来世界多个热点地区进行的局部战争中,钻地武器和由工业炸药制作的巨型炸弹(装药量达数千公斤)的使用对深埋地下的防御工事和指挥中心的安全形成了很大威胁。
如何在提高钻地武器的侵彻破坏能力的同时,研究提出与之相应的工程防护技术,已成为各国关注的一个热点问题。
美、英、法、德、俄等国在研制使用钻地弹方面投入了大量的人力和财力,成功开发出十余种不同类型和型号的钻地弹,且以美国的发展尤为迅速。
例如:美国研制的BLU-113侵彻弹装填285kg高爆炸药,钻地深度超过6m厚混凝土;GBU-28钻地弹的装药量306kg,可以侵彻30m深的土层和6m深的混凝土结构;目前研制的常规洲际弹道导弹和常规潜射弹道导弹均采用多弹头、小装药量(约100kg)、深钻地(钻地混凝土18m、钻土90m以上),其钻地爆炸的地冲击效应几乎与封闭爆炸时相近,达到相同当量地面爆炸地冲击效应的30倍左右,加上运用多弹爆炸聚集的冲击效应原理,可提高装药爆炸效能5～6倍,能在地下深处产生大范围的高应力区,通常要比单弹爆炸所产生应力峰高出3～4倍,有时可达8倍或更高。
由美国空军研究实验室开发的BLU-116/B先进单一战斗部(AUP)长2.4m、直径370m m,装PPXN高能炸药109kg,有穿透3.4m强化混凝土结构。
钻地弹的使用已使得毁伤深埋地下的坚固结构物(构筑物)成为可能,同时又给防护技术带来了更大难度。
就当前的防护技术而言,除了采用异形表面技术和弹道偏转技术外,遮弹层、高强混凝土(单轴抗压强度800～100M Pa)和钢纤维混凝土的应用能增强工程抗毁能力。
然而,精确制导航的钻地武器却完全能够实现定点的重复打击,在初次受到钻地弹的冲击、爆炸作用后,即使防护工程未被破坏,其混凝土的性态很可能发生明显变化,防护工程的下部结构在爆炸波作用下也可能产生一定程度的损伤甚至局部破坏,因而防护工程结构怎样具有抗重复打击能力是一个值得重视的问题。
爆炸荷载作用下RC梁不同折合距离破坏的数值模拟
爆 炸 荷载 作 用 下 Ｒ Ｃ梁 不 同 折 合 距 离 破 坏 的 数 值 模 拟
许 超 常 凯２
（： １吉林建筑工程学院管理学 院 ， 长春 １０ １ ； ２ 吉林建筑 ｑ程学院土木工程学 院 ， ３ １８ ： － 长春 １０ １ ） ３ １８
摘要 ： 梁在爆炸冲击荷载作用 下的响应分析是典型的动力学问题 ， 爆炸冲击荷载持续 时间短 ， 冲击波在构件 中传播 迅速 ， 对构件的局部破坏非常严重， 因此对结构 物的抗爆性 能研 究意义 重大． 文利用有 限元动力 分析软 件 Ｌ 本 Ｓ—
Ｋｅ ｙｗｏ ｄ ： ｘ ｌｓｏ ｏ ｄ； ｃ ｌｄ ｉｔｎ ｅ ｆ ｉｅ ｅｅ ｎ ｒ ｓ ｅ ｐ ｏ ｉ ｎ ｌ ａ ｓ ａ ｅ ｄ ｓａ ｃ ； ｎ ｔ ｌｍｅ ｔ ｉ
０ 引言
近 年来 ， 世界 范 围内发生 的恐怖爆 炸袭 击 Ｅ益 增加 ， ｔ 恐怖爆 炸袭击 给人 民 的生命 和财 产 造成 了 巨大 的危 害， 因此 ， 工程 人员 对结 构物 的抗爆性 能研究 也越来 越重 视． 目前 ， 国内外 对钢 筋混凝 土构 件在 爆炸 荷 载作用 下 的破坏 进行 了许 多研究 ¨ ， 取得 了一 些 成果 ． 炸 荷载 作 用 下 ， 爆 结构 物 的梁 、 、 、 等 均受 到破 坏 作 板 柱 墙 用． 从力 学分 析和 安全性 能分析 来看 ， 和柱 是极 为重要 的构件 ， 梁 对钢筋混 凝 土结构 的整 体稳 定性 至关 重要 ． 因此 ， 梁 和柱 的抗爆性 能分 析更 为关 键 ． 文 以钢筋混 凝 土梁单 独作 用 时 的受 力进行 分析 ， 考 虑 梁 在 实 对 本 未 际工 况 中与柱 和板 的组 合效应 ． 运用 非线性 有 限元 动力分 析软件 Ｌ Ｓ—Ｄ Ｎ 对爆 炸荷 载作 用下 不 同折 合距 Ｙ Ａ，
爆炸荷载作用下椭圆钢管混凝土柱冲击效应数值模拟
爆炸荷载作用下椭圆钢管混凝土柱冲击效应数值模拟发布时间：2022-02-17T09:16:05.383Z 来源：《防护工程》2021年29期作者：刘雪微李昊研王盛宇[导读] 被逐渐应用于工业厂房、公共建筑、桥梁工程和机场航站楼等实际工程中，尤其在机场中运用较多。
沈阳建筑大学土木工程学院辽宁沈阳 110168摘要：近年来，爆炸恐怖袭击事件时有发生，对人类生命安全和经济造成巨大损害。
而椭圆钢管混凝土柱逐渐被国外建筑师和结构师青睐，用于机场等大跨建筑结构，而此构件抗爆研究未见报道，为此我们进行对椭圆钢管混凝土柱抗爆的研究。
本文首先阐述爆炸冲击荷载的简化计算方法，介绍不同截面的钢管混凝土柱抗爆性能。
本文利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件模拟椭圆钢管混凝土柱抗爆模型，以爆炸冲击波应力计算结果为基础，验证模拟结果准确性，而后分析爆炸荷载作用下椭圆钢管混凝土柱冲击效应，提出设计合理建议。
关键词：椭圆钢管混凝土柱；爆炸荷载；爆炸冲击波；有限元模拟；冲击效应1引言椭圆钢管混凝土柱作为新型异形钢管混凝土构件，其与圆、方形钢管混凝土柱一样，具有承载力高、塑性和耐火性能好以及施工快捷等优点，被逐渐应用于工业厂房、公共建筑、桥梁工程和机场航站楼等实际工程中，尤其在机场中运用较多。
近年来,世界上恐怖爆炸袭击和意外爆炸事件的接连发生，给社会和人民造成了不可估量的经济损失，建筑结构工程对抗爆要求更为严格。
[6]椭圆钢管混凝土柱具有良好的延性和韧性，具有很强的抵御爆炸冲击荷载的能力，[7]但椭圆钢管混凝土柱加工制作和设计理论严重滞后。
为了促进建筑结构抗爆的发展和提升建筑现代化水平，[10]对于椭圆钢管混凝土柱的抗爆性能研究显得尤为重要。
2有限元模型2.1有限元模型的建立结合工程实际应用，《组合结构设计规范》中常用的圆截面钢管混凝土截面套箍率范围（θ=0.5～2.5），钢管壁厚不小于8mm，确定最终构件尺寸，按1：2缩小后建立模型。
爆炸荷载下钢筋混凝土框架结构倒塌破坏试验研究
然而，本研究仍存在一定的局限性。首先，实验样本数量较少，可能无法涵 盖所有可能的爆炸情况和结构类型。其次，实验中使用的炸药类型和爆速可能与 实际爆炸事件中的不完全一致。未来研究可进一步拓展实验范围，通过改变炸药 类型、爆速以及结构类型等条件，系统地研究爆炸荷载下各类建筑结构的响应与 破坏机理。结合数值模拟方法对实验结果进行对比分析，以提高研究的可靠性和 精度。
3、实验材料
实验材料包括钢筋、混凝土、炸药包等。其中，钢筋和混凝土的规格、性能 需符合实际工程中的要求；炸药包的种类和爆速可根据需要进行调整。
4、实验过程
实验过程如下：（1）按照给定的图纸和规范，搭建钢筋混凝土框架结构模 型；（2）对模型进行加载实验，包括恒载和活载，以获取结构在静载下的响应； （3）选择不同的位置和不同的炸药量进行爆炸加载；（4）使用高速摄像机记录 结构在爆炸过程中的动态响应和倒塌过程；（5）对倒塌破坏后的结构进行详细 的测量、记录和分析。
2、炸药量的增加将导致结构的破坏程度和倒塌速度增加，当炸药量超过一 定阈值时，结构将瞬间崩溃。这意味着在建筑物的设计和施工中，应对可能的爆 炸事件进行充分的考虑和评估。
3、爆炸过程中结构的动态响应表现为明显的弹塑性行为，这为建筑结构在 爆炸荷载作用下的安全性能提供了参考依据。
四、结论与展望
本次演示通过对爆炸荷载下钢筋混凝土框架结构的倒塌破坏试验研究，揭示 了结构在爆炸荷载作用下的破坏机理和倒塌过程。研究结果表明，爆炸荷载作用 下钢筋混凝土框架结构的倒塌破坏是由局部损伤逐渐扩展至整体失稳的过程；炸 药放置位置和炸药量对结构的破坏程度和倒塌速度具有显著影响；结构在爆炸过 程中表现出明显的弹塑性行为。这些结论为建筑物的抗爆设计和安全性评估提供 了重要依据。
3、在爆炸过程中，结构的动态响应表现为明显的弹塑性行为。随着爆炸荷 载的增加，结构的塑性变形逐渐增大，最终导致结构失稳和倒塌。
爆炸荷载作用下钢筋混凝土墙的动态响应模拟_周晓青 (1)
１ ５ ４
防 灾 减 灾 工 程 学 报
６卷 第３
确定 ：
引 言
钢筋混凝土结构被广泛用于各类工业与民用建 筑， 以及军事工 程 。 混 凝 土 结 构 在 其 服 务 过 程 中 有 可能遭受爆炸冲 击 荷 载 的 作 用 。 地 下 军 火 库 ， 作为 军火炸药的存放处 ， 炸药的意外爆炸则可能导致非
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ６Ｎ ｏ ． １ Ｆ ｅ ｂ ． ２ ０ １ ６
： ／ Ｄ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． ｄ ｍ ｅ ． ２ ０ １ ６． ０ １． ０ ２ １ Ｏ Ｉ １ ０． １ ３ ４ ０ ９ ｊ ｊ ｐ
爆炸荷载作用下钢筋混凝土墙的动态响应模拟
周晓青 ，洪家柱
） （ 深圳大学土木工程学院 ， 广东 深圳 ５ １ ８ ０ ６ ０
＊
摘要 ：针对某地下军火库的钢筋混凝土墙以及地面的防爆墙 ， 采用 ＡＵＴ 结合 ＲＨＴ 模 型 ， 模拟了爆炸 Ｏ Ｄ ＹＮ 软件 ， 荷载作用下两者的动态损伤响应 。 首先根据军火库的炸药存放量 ， 采用数值模拟 方 法 计 算 得 出 不 同 部 位 的 爆 炸 荷 载 。 针对钢筋混凝土隔墙 ， 采用二维模型计算临近库 房 意 外 爆 炸 通 过 沙 土 传 播 引 起 的 压 力 时 程 曲 线 ； 针对地面的 钢筋混凝土防爆墙 ， 采用三维有限元模拟爆炸波在 库 房 内 以 及 出 口 的 传 递 ， 从 而 计 算 作 用 于 防 爆 墙 的 荷 载。然 后 将相应的荷载分别作用于钢筋混凝土隔墙以及防爆墙 ， 采用 ＲＨＴ 混凝土模型 ， 对两者的动态响应进行模 拟 。 计 算 结果表明 ： 针对可能的炸药存放量 ， 一旦发生意外爆 炸 ， 不仅存放炸药的库房会出现严重破坏， 而且破坏还会引起 相邻库房钢筋混凝土隔墙的严重破坏 ， 出现明显的塑性铰线 ， 整个墙体产生巨大 变 形 ； 而设置于地面的防爆墙则出 现严重的整体坍塌 。 关键词 ：爆炸荷载 ； 钢筋混凝土墙 ； 动态响应 ； 数值模拟 ； ＲＨＴ 模型 （ ） 中图分类号 ： ３ ５ ２． １ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ： ６ ７ ２ １ ３ ２ ２ ０ １ ６ ０ １ １ ５ ３ ６ ＴＵ １ ２ ０ ０ － － －
爆炸作用下钢筋混凝土梁动力响应数值模拟
爆炸作用下钢筋混凝土梁动力响应数值模拟爆炸灾害对建筑结构造成严重破坏并且会带来巨大的生命财产损失,最近一段时期来随着恐怖活动和地区冲突的加重,恐怖爆炸活动已成为危害国家安全和社会稳定的一个重要因素,使得加强这一领域的研究变得更加迫切,因此爆炸作用对建筑结构的影响这一课题受到了世界各国研究人员的广泛关注,但在我国关于此方面的研究还相对落后。
结合教育部重大项目“土木工程抗灾与健康综合研究”,针对炸药爆炸冲击波的传播规律和钢筋混凝土梁在爆炸作用下的动力响应进行数值模拟研究,主要进行了以下几方面的工作:(1)利用ALE算法和炸药爆轰产物的JWL状态方程,研究炸药爆炸后爆炸冲击波在无限域空气中的传播规律,用ANSYS建立三维模型,LS-DYNA进行求解,并将数值模拟结果与经验公式的计算结果进行比较。
(2)介绍单自由度体系在爆炸荷载作用下的动力方程,对炸药爆炸后爆炸冲击波遇到障碍物阻挡时三维流场的初始发展和绕射过程进行数值分析,利用后处理软件LS-PREPOST直观地展示流场逐步形成的过程。
用ANSYS/LS-DYNA 建立钢筋混凝土梁在爆炸作用下的分析模型,对钢筋混凝土梁在爆炸荷载作用下的动力响应进行数值分析。
(3)对影响爆炸作用下钢筋混凝土梁破坏形式的各种因素:纵筋配筋率、箍筋间距、跨高比、混凝土强度等进行研究,分析表明随着纵筋配筋率、箍筋间距的增加或跨高比、混凝土强度的减低,梁的破坏形态从弯曲破坏转变为剪切破坏。
最后对本文工作进行总结,归纳出了本文的主要结论,并给出了今后值得进一步研究的问题。
土介质中集团装药爆炸对不同模型混凝土破坏效应数值模拟
程
结
构 ·
∑D （p
Δε P + Δμ P * + T* ） 1
D2
， T* = T / fc ' 模型 1 。
图2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
单元和节点位置（ 单位： cm）
' 式中： σ 为等效实际应力； p 为压力； f c 为静态单轴抗压
B、 N、 C 均为由实验确定的常数； D 强度； ε 为参考应变率； A、 为损伤系数； Δε P 为等效塑性偏应变增量； Δμ P 为塑性体积应 变增量； T 为最大抗拉静水压力。 混凝土 HJC 模型材料参数 ［6 ］ 参见表 2 。
常数。表 1 列出了 TNT 炸药的主要参数， 其中 ρ 为炸药密 P CJ 为 CJ 爆轰压力。 度，
表1 P CJ（ GPa） 34. 7 E（ cm / μs ） 0. 036
2 2
TNT 炸药主要材料参数 B 0. 18 珚 ω 0. 35 R1 5. 56 R2 1. 65 V 1. 0
A 7. 41
1
计算模型建立
图1
计算几何模型示意图（ 单位： cm）
模型由炸药、 土体和混凝土板三部分构成， 图 1 为计算 几何模型示意图。混凝土板尺寸 400 cm×100 cm×10 cm； 炸 药采用 TNT 集团药包， 耦合装药， 在装药中心起爆药包， 其尺 20 cm×20 cm×10 cm ； 。 寸为 其余为土体 考虑到整个系统为 轴对称问题， 只取模型的四分之一分析 。 本模型中三种材料均采用 Solid164 三维实体单元， 其中 炸药和土体采用 Euler 单元建模， 单元使用多物质 ALE 算 法， 混凝土采用 Lagrange 单元建模， 两者通过耦合的方式作 避免 用。该算法优点是炸药和土体在欧拉单元网格中流动， 爆炸过程中网格的过分畸变对计算结果产生不利影响， 并且 ［3 ］ 通过流固耦合方式来处理相互作用， 能方便地建立模型 。 模型底部和右侧采用无反射边界， 其他采用固定界条件， 求 解终止时间设为 5 000 μs， 使用 cm－g－ μs 建模。
内部爆炸作用下混凝土靶背面震塌破坏数值模拟
内部爆炸作用下混凝土靶背面震塌破坏数值模拟张海英a，段卓平a，黄风雷a，张震宇ba北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081b国防科学技术大学理学院长沙410073摘要：采用LS-DYNA有限元软件对内部爆炸作用的有限厚混凝土靶背面震塌破坏进行模拟，根据混凝土受力条件的不同，高压状态时，采用Euler网格离散和Gruneisen状态方程描述；中低压状态时，采用Lagrange网格和连续损伤模型进行描述。
数值模拟结果与试验结果吻合较好，表明改进后的数值模拟方法是有效的。
模拟得到了装药密度和装药直径不变时混凝土靶背面的临界震塌厚度及极限值，临界震塌厚度的变化规律与试验结果变化是一致的。
关键词：爆炸；混凝土；震塌；装药长径比；装药直径Numerical Simulation of Collapse Damage at Rear Surface of Concrete Targets due to Internal ExplosionHai-Ying Zhang a,Zhuo-Ping Duan a,Feng-Lei Huang a,Zhen-Yu Zhang ba State Key Laboratory of Explosive Science and Technology,Beijing Institute ofTechnology,Beijing100081b College of Science,National University of Defense Technology,Changsha410073Abstract:The collapse damage at rear surface of concrete targets due to internal explosion was simulated by using the FE code,LS-DYNA.According to the different loading condition of the concrete,the different simulate methods were adopted.The Euler grid and the Gruneisen equation of station was used for concrete in very high pressure,and the Lagrange grid and the connutium damage model for concrete in作者简介：张海英，女，博士研究生。
钢筋混凝土板爆炸震塌试验研究与数值模拟
钢筋混凝土板爆炸震塌试验研究与数值模拟标题：钢筋混凝土板爆炸震塌试验研究与数值模拟——保障建筑结构安全的关键之一导语：随着城市建设的快速发展，建筑结构的安全性成为人们越来越关注的焦点之一。
而钢筋混凝土结构作为一种常见的建筑结构形式，在其设计和施工过程中的安全性显得尤为重要。
本文将着重探讨钢筋混凝土板在爆炸震塌试验与数值模拟方面的研究，并分享个人对该主题的理解和观点。
一、钢筋混凝土板的爆炸震塌试验研究：1. 材料的选择与试验方法钢筋混凝土板的材料选择直接影响到其抗爆性能。
在爆炸震塌试验研究中，通常选择高强度的水泥和钢筋作为主要材料，并且通过控制混凝土的质量比、使用更高的等级和数量的钢筋来增强结构的抗爆能力。
试验方法主要有爆炸装置的设计与构造、模拟实际爆炸过程的参数设置等。
2. 爆炸荷载与结构响应在爆炸震塌试验中，钢筋混凝土板承受突然施加的动态荷载，其结构响应表现为应力程度的变化和形变的增加。
通过测量和分析这些数据，可以评估结构的破坏过程、承载能力和能量吸收能力等。
3. 典型试验研究案例以往的爆炸震塌试验研究中，常见的结构类型包括单层板、跨接板、悬挑板等。
这些试验案例不仅可以验证结构的实际破坏过程，还为后续的数值模拟提供了实验数据。
二、钢筋混凝土板的数值模拟研究：1. 模型的建立与参数选择钢筋混凝土板的数值模拟研究是为了更好地理解其力学、材料和结构性能。
在模拟过程中，需要建立准确的有限元模型，并合理选择参数，如材料性质、加载条件、约束等，以保证模拟的准确性。
2. 爆炸荷载与结构响应模拟通过数值模拟可以模拟爆炸荷载施加在钢筋混凝土板上的过程，并得到其结构响应的变化。
通过分析模拟结果，可以评估结构的破坏过程、变形特征以及承载能力等。
3. 模型验证与参数调整为了保证数值模拟结果的准确性，通常需要与试验结果进行对比和验证，并针对模拟过程中出现的偏差进行参数的调整。
这样可以提高模拟的准确性，并对结构的抗爆性能进行更深入的理解。
地下爆炸对混凝土路面毁伤效应的数值模拟
地下爆炸对混凝土路面毁伤效应的数值模
拟
爆炸放置在地下引起的毁伤受混凝土路面影响很大，而混凝土路
面毁伤的程度关系到路面的抗压承载力，会影响行车安全，因此，对
爆炸对混凝土路面毁伤的数值模拟研究表现出重要的理论意义和实际
应用价值。
首先，根据地下爆炸的爆轰半径、产生的能量决定爆炸产生的损
害范围，其次根据地下爆炸气体的温度、能量等条件来确定混凝土路
面的收缩程度及混凝土的破碎形式，再根据收缩程度确定混凝土路面
的开裂、破碎等参数，最终确定爆炸对混凝土路面的毁伤情况。
因此，混凝土路面受爆炸毁伤数值模拟的难点在于如何根据爆炸气体的参数
来确定混凝土路面的收缩程度及破碎形式，进而确定混凝土路面毁伤
程度。
为了解决以上难点，采用较新的全流体动力学模拟技术，如火焰
支气管理章程等模拟技术，能够得出火焰的温度、压力分布、收缩程
度等参数，结合混凝土断裂力学特性确定混凝土路面的收缩程度及破碎形式，最终求出混凝土路面毁伤的状态。
有趣的是，根据收缩后的混凝土路面的形貌，可以把毁伤后的混凝土路面比作谱斯斜拉桥，利用支撑理论进行破坏力分析，并得出混凝土路面抗压承载力结果，为此受爆炸毁伤的混凝土路面加固和维修提供有力支持。
由此可见，运用全流体动力学模拟技术对爆炸对混凝土路面毁伤数值模拟有着重要的意义。
通过把火焰支气管理章程等模拟技术应用到混凝土断裂力学进行探究，可以比较准确地显示出混凝土路面毁伤后的受力形式，并有效地确定抗压承载力。
利用这种全新的数值模拟方法，既可以准确测量爆炸对混凝土路面毁伤的情况，从而策划出安全有效的防护措施，又能够为未来地下爆炸毁伤混凝土路面的恢复工作提供有力的理论支撑。
爆炸作用下混凝土板破坏数值模拟
第 59卷 第 4期
有 色 金 属 (矿山部分 )
2007年 7月
爆炸作用下混凝土板破坏数值模拟
1 模型建立与参数确定
1. 1 物理模型 板状结构介质采用混凝土板 ,模型由炸药 、密实
张 猛 硕士 河北唐山 063009
土层 、空气层和混凝土板 4部分组成 。其中炸药 、土 和空气 3种材料采用欧拉 ( Euler)网格建模 ,单元使 用多物质 ALE算法 ,允许在同一个网格中包含多种 物质 。混凝土板采用拉格朗日 (Lagrange) 网格建 模 ,混凝土板与空气和土介质间采用耦合算法 。将 混凝土板 、药包 、空气层 、土介质视为标准的理想体 介质 ,其性质是具有各向同性的连续性均匀介质 。 在整个分析过程中忽略土的重力作用 ,假设爆轰产 物的膨胀是绝热过程 。
工程爆破中 ,经常遇到的混凝土地面 、地坪及池 壁的爆破 ,大多数属于薄板破坏问题 。目前 ,对钢筋 混凝土板 、素混凝土板 、冻土层和冰层等板状结构介 质的爆破 ,常利用放置在波阻抗较小的约束介质中 的炸药包的爆炸能量爆破邻近的高阻抗介质 ,即通 过埋置于某种约束介质的药包的爆炸能量以达到破 坏另一种介质为目的的爆破方法 。该类型爆破在实 际工程中有着广泛的应用 。如拆除大面积的混凝土 地坪 、底板等薄壁结构 ,飞机场跑道等 。在我国北 方 ,在冻土层上施工时 ,往往需要首先进行冻土层的 爆破 。我国黄河流域的上游地区 ,由于冬季气候寒 冷 ,黄河水封冻 ,而到次年春天的黄河解冻期间 ,为 了防止形成冰墙而导致黄河水泛滥 ,经常要采取爆 破冰层来疏通河道 。在城市爆破拆除中 ,也经常采 用该类型爆破方法拆除薄壁结构建筑物 。
爆炸荷载作用下钢筋混凝土柱和板动力响应及损伤评定的数值模拟
爆炸荷载作用下钢筋混凝土柱和板动力响应及损伤评定的数值
模拟
钢筋混凝土柱和板作为钢筋混凝土框架结构中的主要构件,其抗爆性能直接影响到整个框架结构在爆炸荷载作用下的安全性。
本文使用有限元软件
LS-DYNA3D研究了钢筋混凝土柱和板在爆炸荷载作用下的动力响应及损伤程度,主要结论如下：(1)钢筋混凝土柱在爆炸荷载冲量不变的情况下,随着荷载超压峰值的提高,当荷载由动力荷载变为冲量荷载时,柱的破坏模式会从中部弯曲破坏转变为端部剪切破坏。
(2)根据载荷作用后结构的剩余承载力,引入损伤度评定钢筋混凝土柱在爆炸荷载作用下的损伤情况。
由柱在不同损伤程度时的超压渐近线和冲量渐近线绘制出压力-冲量曲线(P-I曲线),并用以预测柱在任意爆炸荷载
作用下的损伤程度。
(3)考虑钢筋混凝土柱的设计参数对其抗爆性能的影响,通过改变混凝土立方体抗压强度、增加纵筋配筋率和缩小箍筋间距可以有效地提高钢筋混凝土柱的抗爆性能。
但当其超过一定范围后,对钢筋混凝土柱的抗爆性能提高极为有限。
(4)研究了双向布筋钢筋混凝土板在爆炸荷载作用F的动力响应。
当炸药沿着板中面向边界方向移动时,板的破坏模式由板中心弯曲破坏变为板支座处的剪切破坏,同时板的损伤程度也在增加；其破坏模式及损伤程度还与板内钢筋构造形式、支座模式及炸药当量等参数相关；全跨长布置负弯矩钢筋可以明显地提高板的抗爆性能。
混凝土破坏过程的数值模拟
张德海1 , 邢纪波2 , 朱浮声1 , 杨顺存3
(1. 东北大学 资源与土木工程学院 , 辽宁 沈阳 110004 ; 2. 烟台大学 土木系 , 山东 烟台 264005 ; 3. 河海大学 土木工程学院 , 江苏 南京 210098)
摘 要 : 采用梁2颗粒模型 BPM2 (beam2particle model) 模拟了混凝土在单轴受压状态下的破坏 过程·在模型中用 3 种类型梁单元形成混凝土细观数值模型 ,每种梁单元的力学性质均按 Weibull 分布随机赋值 ,以便模拟混凝土细观结构的非均匀性·数值模拟结果显示 ,混凝土宏观破坏是由于 其内部细观裂纹产生 、扩展 、连接的结果 ,揭示出混凝土破坏形态随材料性质分布的非均匀性变化 而不同· 关 键 词 : 细观计算力学 ; 数值模拟 ; 非均质脆性材料 ; 混凝土破裂和传播 ; 梁 - 颗粒模型 ; Weibull 分布 中图分类号 : TU 502 文献标识码 : A
schematicrepresentatioam2aggregatmodel梁2颗粒模型采用分步积分法进行迭代求当梁单元所受应力大于其强度时该单元就从计算网格中去除去除梁单元意味着裂纹的产生以模拟混凝土的断裂过程模型中的颗粒单元不能承受拉力只能承在初始状态颗粒单元是弹性体其力学性随着颗粒单元应力的增加当颗粒单元的应力状态满足给定的损伤阈值时颗粒单元开始损伤此颗粒单元不再传递压力以模拟混凝土材料的破坏混凝土受压破坏过程数值模拟在单轴受压状态下单元力学参数均按weibull分布密度函数取值数值试验结果显示随着混凝土材料细观力学性质分布的均匀性不同其破坏形态有很大差异种梁单元的力学参数较为均匀试件破坏形态与主要破坏过程的数值模拟结果如图结果表明当混凝土细观力学性质较为均匀时示混凝土材料内部缺陷很少在压应力作用下料内部产生的裂纹很少在靠近两侧的无约束边缘处首先出现裂纹这是由于试件在压应力作用下向两侧膨胀从而在两侧产生拉应力导致裂纹出现随着压应力的不断增大裂纹逐渐向混凝土材料内部扩展直到试件破坏weibull分布函数的形状参数料力学性质离散大即试件混凝土的细观力学性质很不均匀试件破坏形态与主要破坏过程的数值模拟结果如图此时混凝土材料内部缺如微裂纹增多尤其在骨料和砂浆的界面上缺陷较多裂纹首先从界面产生裂纹尖端绕过骨料并随压应力增大逐渐向砂浆扩展最后贯通这个结果说明混凝土材料力学性质的弱化是由于内部结构在受力后不断损伤导致裂纹产生而引起的混凝土材料力学性质在细观层次上的非均匀性是不可忽略的数值模型计算参数当从细观尺度出发研究混凝土材料的断裂过要求数值模型必须能够考虑混凝土材料所具有的细观非均匀性就可以研究断裂的局部化以及裂纹的萌生和扩展直至整个断裂过程本文将100mm150mm混凝土试件离散为480个颗粒单元的数值试样试件宏观抗压强度为了描述材料性质的非均匀性采用种不同性质的梁单元并且假定weibull分布该分布按照如下分布密度函数来定610fig
爆炸荷载作用下纤维混凝土板动态响应数值模拟研究
爆炸荷载作用下纤维混凝土板动态响应数值模拟研究
近年来,在世界范围内随着许多爆炸事件的发生,人们对爆炸产生的灾难越
来越重视。
爆炸对建筑结构造成了严重的破坏,对人们的生命财产造成了巨大的损失。
尤其是频发的恐怖主义和地区冲突,使得国内外的一些研究人员在研究如何使爆炸的破坏减少到最低,如何加强建筑物的抗爆性能方面做了许多研究。
有时建筑物内部如煤气泄漏、存放易燃易爆物导致的意外爆炸也经常发生,而且严重的导致整栋房屋及周围建筑的破坏、倒塌。
爆炸作用的过程非常复杂,对其的分析精确度不是很高,主要的方法是：模型试验和数值模拟。
由于模型试验的成本,且爆炸作用的时间很快,很难观察爆炸瞬间的现象,数值模拟就解决了这些困难。
从国内外的研究来看,数值模拟使用的软件广泛采用ANSYS-LSDYNA,在实际的工程应用中效果很好。
本文主要是以
ANSYS-LSDYNA软件数值模拟为基础,对普通钢筋混凝土板及几种纤维混凝土板
在近距离爆炸荷载作用下动态响应进行了分析,对比不同材料下动态响应的不同。
本文的主要工作有：1.介绍了国内外关于爆炸问题的研究进展,对采用的数值模拟方法进行了对比,找到模拟本论文钢筋混凝土板在爆炸荷载作用下的模型和方法。
2.本文的分析主要通过ANSYS建立模型,使用LS-DYNA进行动态响应的分析,确定H-J-C的部分关键参数,以及其它数值模拟中用到的各种材料模型和
状态方程的参数。
3.应用LS-DYNA软件对钢筋混凝土板和几种纤维混凝土板的数值模拟,分析了几种板在爆炸荷载作用下,爆坑的直径和深度、震塌的直径和深度；并同实验的结果进行了对比分析。
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比;
表 1 炸药材料参数
Table 1 The param eters of detona ting ma ter ia l
ρ/ ( g·cm - 3 ) 1. 63
D / (m·s- 1 ) 4 300
P / GPa 5. 06
A / GPa 42
B / GPa 0. 44
R1 3. 55
R2 0. 16
密度 ρ 弹性模量 泊松比 屈服强 剪切模量 硬化 失效
/ ( kg·m - 3 ) E / GPa
v 度 σ/MPa G / GPa 参数 应变
2 400
48
0. 3
50
4. 2
0. 5 0. 8
1. 2. 3 空气本构模型和状态方程参数
空气模型的状态方程采用 Gruneisen状态方程
描述 [2 ] 。
P = [1 -
ρ 0
C2
[1
+
(1
γ -0
2
)μ
-
αμ2 2
]
( S1
-
1)μ -
μ2 S2 μ + 1
-
S3
μ3 (μ + 1) 2
]2
+ (γ0 +αμ) E ………………………… (2) 式中 , C—V s - Vp曲线的截距 ;
S1、S2、S3 —V s - Vp 曲线斜率的系数 ;
第 59卷 第 4期
有 色 金 属 (矿山部分 )
2007年 7月
爆炸作用下混凝土板破坏数值模拟
张 猛 张云鹏 陈 超
(河北理工大学资源与环境学院 )
摘 要 :利用有限元计算软件 LS - DYNA 建立板状结构介质破坏的三维模型 ,并用 LS - DYNA970软件的求 解器和后处理器对板状结构介质在爆炸作用下的破坏过程进行了数值模拟 。通过数值模拟 ,再现了炸药爆炸 后 ,冲击波的传播过程以及板状介质的变形过程 ,分析了爆破动载作用下板状结构介质破坏情况 。 关键词 :板状结构介质 爆破 数值模拟 LS - DYNA 中图分类号 : TD235 文献标识码 : A 文章编号 : 1671 - 4172 (2007) 04 - 0029 - 05
F ig. 9 Pressure tim e curve of un it 34438
图 10 单元 34408压力时程曲线
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
30
有 色 金 属 (矿山部分 )
第 59卷
炸药模型采用 JWL 状态方程描述爆轰产物压 力与比容的关系 ,炸药参数见表 1[1 ] 。
图 7所示 。
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.
第 4期
张 猛等 :爆炸作用下混凝土板破坏数值模拟
31
图 1 t = 0. 3 m s时刻
表 2 混凝土模型材料参数
211 模型网格划分 建立三维模型后 ,对其划分网格 。网格密度要
适中 ,网格越稀 ,计算精度越低 ,网格越密 ,计算精度 越高 ,但计算时间越长 ,对计算机的性能要求较高 , 因此要合理选择网格的大小 。同时采用均匀的网格
Table 2 The param eters of concrete ma ter ia l for a m odel 可以提高计算速度也可避免网格尺寸的突变 。综
Num er ica l S im ula tion on D estruction of Concrete
Board M ed ium under Explosion Action
Zhang M eng Zhang Yunpeng Chen Chao
(Resource and Environment Engineering College of Hebei Polytechnic University) Abstract:A 32dimensional numerical model of board medium is built w ith the help of LS2DYNA , and the destruc2 tion p rocess of the board medium under exp losion action is numerically simulated on the basis of LS2DYNA970 solvers and post2p rocesser. The numerical simulation rep roduced the transm ission p rocess of the shock wave and the deformation p rocess of the board medium situation after exp losion. In this paper, the destruction p rocess of board medium under dy2 nam ical exp losion action is analyzed. Key words: board medium; exp losion; numerical simulation; LS2DYNA
F ig. 4 t = 3. 0 m s
图 6 t = 5. 0 m s时刻
F ig. 6 t = 5. 0 m s
图 7 模型结构变形局部放大图
F ig. 7 Partia l deta il of deform ed m odel structure
312 混凝土板单元体压力时程曲线图
E0 —初始比内能 ; ω—格林爱森参数 ,表示定容条件下 ,压力相
P =A (1 - ω ) e- R1V +B (1 - ω ) e- R2V +ωE0 … (1)
R1 V
R2 V
V
式中 , V —相对体积 ,为爆破产物体积与初始体积之
对于内能的变化率 ; A、B、R1、R2 ———与材料性质有关常数 。
1 模型建立与参数确定
1. 1 物理模型 板状结构介质采用混凝土板 ,模型由炸药 、密实
张 猛 硕士 河北唐山 0Fra bibliotek3009土层 、空气层和混凝土板 4部分组成 。其中炸药 、土 和空气 3种材料采用欧拉 ( Euler)网格建模 ,单元使 用多物质 ALE算法 ,允许在同一个网格中包含多种 物质 。混凝土板采用拉格朗日 (Lagrange) 网格建 模 ,混凝土板与空气和土介质间采用耦合算法 。将 混凝土板 、药包 、空气层 、土介质视为标准的理想体 介质 ,其性质是具有各向同性的连续性均匀介质 。 在整个分析过程中忽略土的重力作用 ,假设爆轰产 物的膨胀是绝热过程 。
3 数值模拟结果分析
311 爆炸后不同时 刻冲击波 的传播过程 和混凝土 板的变形过程
炸药爆炸后的不同时刻 ,由模型主视图观察混 凝土板破坏过程的应力云图如图 1 ～6 所示 。从图 中可以形象地看出冲击波在土介质中的传播过程和 混凝土板的变形过程 。模型结构变形局部放大图如
性模量 1615 M Pa,泊松比 013,纵波速度 2 500 m / s, 波阻抗 10 M Pa / s,抗拉强度 01002 M Pa[3 ] 。
F ig. 1 t = 0. 3 m s
图 3 t = 2. 0 m s时刻
F ig. 3 t = 2. 0 m s
图 5 t = 4. 0 m s时刻
F ig. 5 t = 4. 0 m s
图 2 t = 1. 0 m s时刻
F ig. 2 t = 1. 0 m s
图 4 t = 3. 0 m s时刻
工程爆破中 ,经常遇到的混凝土地面 、地坪及池 壁的爆破 ,大多数属于薄板破坏问题 。目前 ,对钢筋 混凝土板 、素混凝土板 、冻土层和冰层等板状结构介 质的爆破 ,常利用放置在波阻抗较小的约束介质中 的炸药包的爆炸能量爆破邻近的高阻抗介质 ,即通 过埋置于某种约束介质的药包的爆炸能量以达到破 坏另一种介质为目的的爆破方法 。该类型爆破在实 际工程中有着广泛的应用 。如拆除大面积的混凝土 地坪 、底板等薄壁结构 ,飞机场跑道等 。在我国北 方 ,在冻土层上施工时 ,往往需要首先进行冻土层的 爆破 。我国黄河流域的上游地区 ,由于冬季气候寒 冷 ,黄河水封冻 ,而到次年春天的黄河解冻期间 ,为 了防止形成冰墙而导致黄河水泛滥 ,经常要采取爆 破冰层来疏通河道 。在城市爆破拆除中 ,也经常采 用该类型爆破方法拆除薄壁结构建筑物 。
ω 0. 41
E0 / GPa 3. 15
注 :ρ—炸药密度 ; D —炸药爆速 ; P—爆轰压力 ; E0 —初始内能 。
1. 2. 2 混凝土板模型及材料参数 混凝土材料通常表现为弹塑性破坏 ,选用定义
2 约束条件与求解设置
方式为 3 MAT_ PLASTIC _ KINEMATIC 的弹塑性模 型 。输入参数为 :密度 ρ,弹性模量 E,泊松比 v,屈 服强度 σ,剪切模量 G,硬化参数 λ等 。混凝土板材 料参数见表 2[1 ] 。
32
有 色 金 属 (矿山部分 )
向 ,按照由左到右的顺序 ,依次选取的 6个单元体所 做的压力时程曲线 ,每两单元之间间隔 30个单元体
的距离 。
第 59卷
图 8 单元 47898压力时程曲线
F ig. 8 Pressure2tim e curve of un it 47898
图 9 单元 34438压力时程曲线
为了便于观察土中空腔的形成 、扩展及混凝土 板鼓包运动的整个过程 ,在地表处建立一个厚 100 cm 的空气层 。混凝土板长 500 cm ,厚 20 cm。混凝 土板下方为密实土层 ,条形药包端面边 15 cm ,位于 模型中心 ,放置于混凝土板下方 80 cm 处的土介质 中 。整体模型长 510 cm ,高 400 cm。由于采用中心 起爆 ,不考虑端部效应 ,模型有轴对称特点 。为了减 少求解过程的运算量 ,建二分之一模型 ;模型采用单 层实体网格建模 ;后处理时做 YZ平面对称镜像 。 112 材料本构模型及状态方程参数 11211炸药模型与状态方程