管道受坠物冲击载荷作用的数值模拟基本方法

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洪水冲击管道的模拟分析

ＳｍｕａｉｎａｄＡｎｌｓｓｏｍｐｃｅｉｅｉｌｔｎａｙｉｆＩａｔｄＰｐｏ
ＺＨＡＮＧ－ａＬＩＹａｇＷＥＩＬｉｘｎ，Ｌｅｔｎ，Ｕｎ，ｉ－ｉＹＡＮＧｅ－ｎＷｎｍｉ
。
（．ａｉｅｏｕｓｔｔ，ａｉ６３８Ｃｉ；１ＤｑＩＰｔｌｍＩｔｅＤｑＩ１３１，ｈｎｌｒｅｎｉｇｕｌｇａ２ＤｑｇＳｂｉａｙＣｍａｙＰｅＣｒｏｔｏｅｏＣｉＤｑｇ１３５，ｈａ．ａｉｕｓｉｏｐｎ，ｉｐｒｅｆｔｌｌｍ，ａｉ６８２Ｃｎ）ｎｄｒｐｏａＰｒａｎｉ
、
０引言
速度采用二维定常流动模型。
１２划分网格．
在大型穿越管道的实际问题中，水的流动速度洪
和管道的裸露程度并不是一定的，特别是对不同裸露
程度管道的试验测试，难度较大，因为试验中，管道周围的土壤可能随洪水一起流走，这样管道裸露程度就发生了变化，出的数据就容易产生较大的误差。文测
中以此为重点，大型穿越管道建模模拟。对模拟所采用的是管径为４６ｍＴ单位长度的管２ｌｌ
数值计算就是用离散的网格来代替原物理问题
中的连续空间，网格中的节点则是所求解物理量的几何位置。从网格的构造来说，以分为结构化、结可块构化和非结构化３种。整个网格任一节点的位置可以

崩塌落石冲击荷载作用下埋地管道的安全评价_熊健

ＳａｆｅｔＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｎｔｈｅＲｅｓｏｎｓｅｏｆＢｕｒｉｅｄＰｉｅｌｉｎｅＣａｕｓｅｄｙｐｐＲｏｃｋｆａｌｌＩｍａｃｔＬｏａｄｂｐｙ
，，ＸＩＯＮＧＪｉａｎ，ＤＥＮＧＱｉｎｌｕＺＨＡＮＧＨｏｎｌｉａｎＰＡＮＧＷｅｉｕｎ－－－ｇｇｇｊ（ＦａｃｕｌｔｏＥｎｉｎｅｅｒｉｎＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）ｙｆｇｇ，ｙｆ：ＷｈＡｂｓｔｒａｃｔｅｎｆｉｅｌｄｉｎｖｅｓｔｉａｔｉｏｎｅｒｓｏｎｎｅｌｉｎｖｅｓｔｉａｔｅｔｈｅｒｉｓｋａｎａｌｓｉｓａｎｄｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｌｌａｓｅｏｆｇｐｇｙｐ，，ｒｏｃｋｆａｌｌｄｉｓａｓｔｅｒｔｈｅｒｅｉｓｎｏｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎｓｏｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｃａｎｏｎｌｂｅｂａｓｅｄｏｎｙ，，ｔｈｅｅｘｅｒｉｅｎｃｅ．Ｔｈｉｓｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｆｉｅｌｄｄａｔａａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｔｕｄｉｅｓａｎａｌｚｅｓｔｈｅａｓｔａｅｒｒｅｖｉｏｕｓｐｙｐｐｐｐ，ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｒｏｃｋｆａｌｌｉｍａｃｔｕｓｅｓｔｈｅｅｘｌｉｃｉｔｄｎａｍｉｃａｎａｌｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅＬＳＹＮＡｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈｐｐｙｙ－Ｄ，ｃｏｒｒｅｓｏｎｄｉｎｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌａｎｄｃａｒｒｉｅｓｏｕｔｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｉｔａｌｓｏｔｈｅ－ｐｇｉｅｌｉｎｅｓｒａｃｔｉｃａｌｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｌａｗｏｆｃｅｒｔａｉｎｆａｃｔｏｒｓｏｎｔｈｅｓａｆｅｔｏｆｂｕｒｉｅｄａｎｄｍａｋｅｓｓｏｍｅｃｕｒｖｅｓｐｐｐｙｏｒｆｏｒｍｕｌａｓｏａｓｔｏｓｕｌｉｎｕｉｒｅｓａｎｄｔｈｅｄｅｃｉｓｉｏｎａｋｉｎｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｓａｆｅｏｅｒａｒａｃｔｉｃａｌｒｏｖｉｄｅ－ｍ－ｐｐｙｐｑｐｇｐｔｉｏｎｏｆｂｕｒｉｅｄｉｅｌｉｎｅｓａｎｄｔｈｅｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆｌａｎｄｓｌｉｄｅｒｏｃｋｆａｌｌ．ｐｐｐ：；；；ＫｅｗｏｒｄｓｒｏｃｋｆａｌｌｂｕｒｉｅｄｉｅｌｉｎｅｓａｆｅｔａｓｓｅｓｓｍｅｎｔＬＳＹＮＡ－Ｄｐｐｙｙ

隧道逃生管道的冲击实验与仿真模拟

隧道逃生管道的冲击实验与仿真模拟张瑜;丁庆荣;狄先均;李强;谭飞【摘要】针对隧道施工中的塌方事故,进行了隧道逃生管道的系统设计.首先进行了圆管承受横向冲击荷载的现场实验,研究了冲击能量与变形模态、凹陷变形之间的关系.其次采用ANSYS LS-DYNA进行了仿真模拟,给出了凹陷变形的时程曲线,获得了与现场实验较一致的结果.实验研究与数值模拟结果表明,砂垫平铺圆管的横向冲击变形主要为冲击点局部凹陷,结构的整体弯曲变形可以忽略.同时,根据岩块大小和下落高度,可以通过计算凹陷变形而确定圆管厚度,为逃生管道的安全设计提供依据.【期刊名称】《土木工程与管理学报》【年(卷),期】2010(027)002【总页数】4页(P87-89,94)【关键词】隧道塌方;逃生管道;横向冲击;实验;仿真【作者】张瑜;丁庆荣;狄先均;李强;谭飞【作者单位】华中科技大学土木工程与力学学院,湖北,武汉,430074;鸦来公路北风垭隧道工程建设指挥部,湖北,五峰,443400;鸦来公路北风垭隧道工程建设指挥部,湖北,五峰,443400;鸦来公路北风垭隧道工程建设指挥部,湖北,五峰,443400;华中科技大学土木工程与力学学院,湖北,武汉,430074【正文语种】中文【中图分类】U453近年来，全国隧道施工先后发生多起特大人员伤亡事故。

在这些重大事故当中，数隧道塌方最为突出。

据不完全统计，全国平均每年发生数十起隧道塌方事故，这些事故给隧道施工造成不同程度的财产与人员伤亡损失。

尽管理论上隧道施工塌方可以避免，但实际施工时存在多方面原因而出现塌方，如地质条件的突变、设计措施偏弱、施工不当等[1～4]。

因此，如何减少隧道塌方后的损失，特别是避免人员伤亡，是当前隧道施工领域面临的重大问题，而沿隧道纵向设计平铺大直径金属薄壁圆管作为施工人员的逃生通道成为上述问题的有效解决方法[5]。

在逃生管道设计中，管材选用方案主要有钢筋混凝土管和钢管。

其中钢筋混凝土管价格便宜，但管壁较厚，搬运不便。

轴向冲击下薄壁圆管峰值载荷的计算与数值模拟

基金项目：国家质量监督检验检疫总局科技计划项目（２０１７ＱＫ０９７）；福建工程学院科研启动基金（ＧＹＺ１６００４６）。作者简介：杜金裕（１９９４），硕士研究生，从事计量仪器缓冲减振的研究。通讯作者：杨晓翔（１９６３），教授，从事计算固体力学、金属塑性成形的研究，ｙａｎｇｘｘ＠ｆｚｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。
薄壁圆管压溃载荷相对平稳，常用于车辆缓冲、矿用吸能及轮船碰撞等场合中。薄壁圆管是吸能构件的重要组成部分，其峰值载荷直接影响结构的吸能特性。ＡｌｅｘａｎｄｅｒＪＭ通过准静态轴向压缩的实验现象推导出了薄壁圆管塑性铰长度和平均载荷计算式。［１］ＫａｒａｇｉｏｚｏｖａＤ等基于应力波传递过程，推导出了适用于冲击速度为４０～１２０ｍ／ｓ的圆管轴峰值载荷计算式，并通过有限元软件进行了验证。［２，３］在不考虑应变率效应的情况下，ＲａｊａｂｉｅｈｆａｒｄＲ等依据ＫａｒａｇｉｏｚｏｖａＤ等推导的计算式对比了峰值载荷的有限元与实验结果，证实了高速撞击下圆管轴向变形半波数、屈曲形状、吸收能量和载荷变化的数值结果与实验结果较为吻合。［４］谭丽辉等通［５］过有限元仿真对比了ＴａｉＹＳ等［６］的实验结果，发现误差仅为０．２％，进一步验证了有限元模拟的准确性。ＣｈｅｎＤＨ和ＵｓｈｉｊｉｍａＫ考虑了应变率对圆管峰值载荷的影响，说明峰值载荷波动性大，需要适当的滤波

压力管道流固耦合振动数值模拟方法

压力管道流固耦合振动数值模拟方法在工业的生产和日常的生活中，使用的压力管道经常受到各方面的影响而导致振动的情况，可能是自身的原因，也可能是外部环境的影响。

如果管线在长时期内都受到振动的影响，那么应力集中部位往往会很容易产生疲劳感，材料疲劳情况加剧就会产生断裂的情况，然后引起严重事故，管道内的物质外泄会威胁着人民的财产生命的安全，所以要在生产中减少管道振动的情况，避免发生安全事故。

标签：压力管道；流固耦合；数值模拟在流体运输系统中，管道运输是一种最具有代表性的应用方式，已经广泛应用于各种工业和民用领域了，在多年的应用中，在能源运输等领域发挥了很巨大的贡献。

管道在运输进行中，管道内运输的流体不可能一直是匀速运输的，往往会因为各种可控和不可控的因素造成非正常的流动现象，这样往往会导致整个管道系统产生振动，导致系统运行的可靠性降低，导致一系列的状况，首先导致工作环境恶化、然后仪表精度受到不利影响、紧接着管道就会出现渗漏，最严重的时候一旦产生爆裂，就难免出现事故，比如1993年在湖北，阳逻发电厂发生了输水系统的多次连续事故，冷凝器周围发生了严重故障，伸缩节和泵房堵头都发生了变形导致的破坏。

1 压力管道的振动来源压力管道由管道本身、支架以及连接的设备共同构成了一个结构系统，如果外部或者内部有激振力的话，那么整个管道系统就会发生振动情况。

压力管道振动的振源分分为系统本身和系统外部两种，接下来进行具体分析。

首先，是来自系统自身的振动，一般是因为和管道相互连接的机器在运行中经常产生振动，或者管道内部的流体存在不稳定的流动状况而引起的振动；在外部原因上，一般是由于地震、风力以及海水流动等等。

振动本身是一种变动性的荷载，对压力管道本身来说是一种巨大的挑战，激振力大、危害就大，激振力小、危害就小，另外管道本身的抗振性能也很重要。

具体说来有如下因素可以进行影响：①气柱固有的频率，管道内进行流动的气体充满着弹性的时候，每次压缩机或者泵从管道进行吸气排气的时候，气柱都会因为受到干扰，导致出现振动。

压力变化引发的冲击载荷

压力变化引发的冲击载荷一、压力变化与冲击载荷的关联性在工程领域，压力变化是一个常见的物理现象，通常是由于流体压力的波动、温度变化或瞬态事件引起的。

这种压力变化可能会导致结构或系统中产生冲击载荷。

冲击载荷是一种瞬态集中力，其作用时间极短，但峰值力度很大，可能会对结构造成严重的损伤或破坏。

因此，了解压力变化与冲击载荷之间的关联性对于预测和减轻潜在的破坏性影响至关重要。

二、冲击载荷的产生与影响冲击载荷的产生通常与压力的快速变化有关。

例如，当液体管道中的压力突然升高或降低时，会形成强大的冲击波。

此外，压力的突变还可能源于机械设备的突然启动、停止或故障，以及自然灾害如地震、飓风等。

这些情况都可能导致结构或系统受到冲击载荷的作用。

冲击载荷的影响取决于其强度、持续时间和作用点。

轻度的冲击载荷可能仅导致局部结构的微小变形或损伤，而重度的冲击载荷则可能导致结构的严重损坏或破裂。

在某些情况下，冲击载荷还可能导致整个系统的失效，从而造成严重的安全事故和经济损失。

三、冲击载荷的测量与评估测量和评估冲击载荷是减轻其潜在影响的关键步骤。

这一过程通常涉及以下几个方面的测量与评估：1.传感器技术：采用高灵敏度的压力传感器和加速度计来实时监测压力变化和冲击载荷的大小和方向。

2.数据采集与处理：通过数据采集系统记录传感器数据，并利用信号处理技术分析压力变化的特征和冲击载荷的波形。

3.数值模拟与仿真：利用有限元分析、流体动力学模拟等工具，对结构或系统在冲击载荷作用下的响应进行预测和分析。

4.结构健康监测：通过安装无损检测设备和智能传感器，实时监测结构的健康状况，及时发现潜在的损伤和破坏。

评估冲击载荷的影响需要考虑多个因素，包括冲击的强度、频率、作用点以及结构的材料属性、尺寸和制造工艺等。

通过对这些因素的综合分析，可以评估出冲击载荷对结构或系统的潜在影响，为后续的减缓措施提供依据。

四、减轻冲击载荷的策略与技术减轻冲击载荷的策略与技术主要包括以下几个方面：1.缓冲设计：在关键部位采用减震器、缓冲器等装置，以减小压力变化对结构产生的冲击载荷。

隧道逃生管道的冲击实验与仿真模拟

张瑜丁庆荣，狄先均２李强，谭飞，，２
（．华中科技大学１土木工程与力学学院，北湖武汉４０７；３０４
２．鸦来公路北风垭隧道工程建设指挥部，湖北
摘
五峰４３０）４４０
要：隧道施工中的塌方事故，针对进行了隧道逃生管道的系统设计。首先进行了圆管承受横向冲击荷载的
久塑性变形包括冲击点局部凹陷、构整体弯曲结以及两者之间的耦合变形－］Ｕｎｓ给出了８。Ｅｉａ等简支圆管侧向集中荷载与最大凹陷值之间的关
最为突出。据不完全统计，国平均每年发生数全十起隧道塌方事故，些事故给隧道施工造成不这同程度的财产与人员伤亡损失。尽管理论上隧道施工塌方可以避免，实际施工时存在多方面原但
第２７卷第２期２１００年６月
华
中科技大学学报（市科学版）城ＪｆＵＴＵｂｎＳｉｃｄｔｎ．ｏＳ．（ｒａｃｎｅＥｉｏ）Ｈｅｉ
Ｖ０．．】２７Ｎｏ２
Ｊｎ２１ｕ．００
隧道逃生管道的冲击实验与仿真模拟
现场实验，究了冲击能量与变形模态、研凹陷变形之间的关系。其次采用ＡＳＳＬ — ＹＡ进行了仿真模拟，ＮＹＳＤＮ给
出了凹陷变形的时程曲线，获得了与现场实验较一致的结果。实验研究与数值模拟结果表明，垫平铺圆管的砂横向冲击变形主要为冲击点局部凹陷，结构的整体弯曲变形可以忽略。同时，据岩块大小和下落高度，以根可通过计算凹陷变形而确定圆管厚度，为逃生管道的安全设计提供依据。关键词：隧道塌方；逃生管道；横向冲击；实验；仿真

内空和充水管道在爆炸冲击荷载下的数值模拟分析

内空和充水管道在爆炸冲击荷载下的数值模拟分析房冲【摘要】利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,根据实验目的建立了计算模型,并选取适当的本构关系和材料,对空中TNT炸药爆炸冲击荷载下的内空和充水管道的动力响应规律进行了数值模拟分析,指出爆炸冲击荷载下,在等量炸药的条件下,充水管道的变形量、单元位移及单元压强峰值较内空管道低,这些参数的增加速率也均低于内空管道;充水管道的抗变形能力更强,稳定性更高.%Using the finite element software ANSYS/LS-DYNA,build the calculation model according to the purpose of the experiment,choose proper constitutive relation and materials,the numerical simulation analysis was applied to the dynamic response rules of water-filled pipes and inner air pipelines under the TNT explosion shock loading,point out under blast loading,with the same amount of TNT,these parameters,the deformation of the water-filled pipe,the displacement of pipe's element and peak pressure,are lower than the inner air pipeline.And with the increase of explosion,the increase rate of these parameters is not higher than inner air pipeline.And it's destruction resistant ability is stronger,stable is higher.【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2017(043)011【总页数】3页(P130-132)【关键词】爆炸冲击;充水管道;动力响应;计算模型【作者】房冲【作者单位】解放军理工大学,江苏南京 210007【正文语种】中文【中图分类】O383.1目前，工程埋地管线的试验研究和模拟计算比较多，针对空爆条件下管道的研究较少。

落锤冲击性能的数值模拟

落锤冲击下泡沫铝的应力数值模拟作者：R. Rajendran *, A. Moorthi, S. BasuBARC原子设备研究中心，卡尔帕尔姆泰米尔纳德邦，印度摘要：在自由落体的铁锤的冲击下，我们进行泡沫铝的数值模拟仿真实验。

所进行的静态轴向压缩试验是基于三种不同密度的材料，在此之前我们要获取材料性能。

实验结果表明，粗网格性能材料能够验证真确的预测结果。

通过仿真实验，我们对不同密度的泡沫，不同的冲击速度下的泡沫铝参数进行了研究，最终得出了实验的结论。

关键词：泡沫铝位移应力能量.1.导论实验的对象我们选择了泡沫铝材料，其主要原因在于''木桶运动中的能量吸收原理''。

在自由落体下的木桶，动能的变化短暂的使动态应力发生非常高的程度的变化，这些应力可以损害完整的木桶。

国际原子能机构（原子能机构）安全标准系列规定，木桶在9米的高度进行自由落体，模拟最有害的下降速度达到了48公里每小时。

自由落体冲击实验进行了模型缩比，从而仿真了木桶的模拟下降状态[ 4–6 ]。

泡沫铝之间的模型和刚性表面大大降低了作用在模型上的力，使其所衍生的应力小于它的承受应力。

泡沫铝的数值变型实验被不同的科学家所研究。

马吉德【7】等人建立了准静态的三维非线性有限元模型，并且进行了破碎的填充泡沫铝箱实验，通过假设一个米塞斯型材料以及标准化了的硬化铝盒泡沫来建成了水平的模型，而且确保每一层都含有一个单层的固体元素。

每一个单层的节点都与其相邻的节点相连接。

然后根据LS – DYNA，aktay软件进行了准静态破碎挤塑聚苯乙烯泡沫薄壁铝管分析实验，实验中这些节点就会紧密的结合在一起，使其数值解具有有限元代码功能。

铝管节点模型使用（belytschko-tsay-40）材料的薄壳单元，同时实验中的聚苯乙烯泡沫模型使用压碎泡沫固体模型。

里佐夫[ 9 ]调查弹性–塑料行为的闭孔泡沫细胞受到点和线负载的实验和数值模拟的影响。

水平冲击荷载作用下钢管混凝土柱动力响应试验与数值模拟

水平冲击荷载作用下钢管混凝土柱动力响应试验与数值模拟郭玉荣;李炎蓁;霍静思;肖岩;李智【摘要】为研究钢管混凝土柱在侧向冲击荷载作用下的动力性能,进行了2根圆形钢管混凝土柱的水平冲击试验,实测了冲击过程中冲击力、冲击点位移时程曲线及冲击力-位移曲线等冲击响应.建立了ABAQUS非线性有限元模型,对破坏模态及冲击力、冲击点位移时程曲线等动态响应进行模拟,模拟结果与试验结果吻合良好,进而用有限元模拟结果揭示了钢管混凝土柱在冲击荷载下的破坏机理,即整体失效过程分为冲击区局部响应、柱顶支座响应、稳定响应和卸载响应4个阶段.结果表明:在冲击荷载作用下,钢管混凝土柱发生弯剪型破坏;所得结论为深入认识钢管混凝土柱的抗冲击行为和破坏形态提供了试验与理论基础,可为今后研究制定合理的抗冲击设计方法提供依据.%In order to study the dynamic behaviors of concrete-filled steel tube (CFST ) column under lateral impact load ,lateral impact tests for two circular CFST columns were conducted ,and impact force , impact point deflection-time curves as well as force-deflection curves were measured .Impact process of CFST column under impact load was simulated by using ABAQUS nonlinear model ,the failure mode and time-history curves of impact force ,impact point deflection were obtained ,and the simulation results agreed well with the experimental ones .The modeling results revealed the failure mechanism of CFST columns under impact load .The global failure process were divided into four stages ,local response phase in the impact zone ,support response phase on the column top ,steady response phase and unloading response phase .The results show that CFST columns appear bending-shear failure under impactload .The research can provide experimental and theoretical basis to deeply understand the impact resistance and failure mode of CTST column ,and it can provide evidence for reasonable anti-impact design method .【期刊名称】《建筑科学与工程学报》【年(卷),期】2017(034)006【总页数】8页(P28-35)【关键词】钢管混凝土柱;冲击试验;数值模拟;抗冲击;破坏机理;动力响应【作者】郭玉荣;李炎蓁;霍静思;肖岩;李智【作者单位】湖南大学土木工程学院 ,湖南长沙 410082;湖南大学建筑安全与节能教育部重点实验室 ,湖南长沙 410082;湖南大学建筑安全与节能教育部重点实验室 ,湖南长沙 410082;湖南大学建筑安全与节能教育部重点实验室 ,湖南长沙410082;华侨大学土木工程学院 ,福建厦门 361021;南京工业大学土木工程学院 ,江苏南京 210009;湖南大学建筑安全与节能教育部重点实验室 ,湖南长沙410082【正文语种】中文【中图分类】TU398钢管混凝土因其良好的力学性能，在建筑、桥梁以及电力系统等工程领域已得到广泛应用[1]。

弹丸对钢管混凝土结构冲击效应的数值模拟

ｌ０８・
武
瑁，等：弹丸对钢管混凝土结构冲击效应的数值模拟
（总第３８ — ０）
的初始速度垂直侵彻３种结构的靶板。２．２．１侵彻现象分析
板厚度均为２００ｍｍ，封装壁厚７示。鉴于问题的对称性，计算模型采用原始模型的１／４，尺寸为４８０ｍｍ×４８０ｍｍ，如图２
成本较高，相比之下，方钢管混凝土结构等的施工较为方便，考虑到实践应用，本文不分析圆钢管混
（总第３８～０６５０）
火力与指挥控制
２０１３年
第４期
形成，且钢管及其核心混凝土能共同承受外荷载作用的结构构件。按截面形式不同，可分为圆钢管混
凝土，方形钢管混凝土和六边形钢管混凝土等，如图１所示。圆钢管混凝土结构的施工难度大，施工
为抗压强度。
表１弹体材料参数
轴向荷载，防止结构倒塌。经实验统计数据表明：达
到一级耐火３ｈ要求和钢柱相比可节约防火涂料
１／３～２／３甚至更多。
（３）工程应用便捷可行。对比钢筋混凝土，钢管
混凝土结构兼有纵向钢筋和横向钢筋的作用。模块化设计合理排列多个钢管混凝土结构单元，通过焊
土抗弹丸冲击进行了数值模拟。
２．１有限元模型及材料参数
为对比普通混凝土及不同钢管混凝土结构抗弹丸冲击的性能，对普通混凝土、正方形钢管混凝土、六边形钢管混凝土３种结构模型进行了仿真。弹体直径２０ｍｍ，长径比为２．５，３种靶体结构中，靶

冲击载荷作用下的防护结构设计方法与应用研究

冲击载荷作用下的防护结构设计方法与应用研究引言：冲击载荷对各种结构体都具有破坏性的作用，因此在设计和建造防护结构时需要考虑各种物理定律和实验准备。

本文将详细阐述冲击载荷作用下的防护结构设计方法与应用研究，从物理定律到实验准备、过程，最后探讨实验的应用和其他专业性角度。

一、物理定律的应用：1. 动量守恒定律：动量守恒定律指出，在封闭系统中，系统的总动量在相互作用前后保持不变。

在防护结构设计中，我们可以利用这一定律来选择吸能材料，使其在与冲击载荷相互作用时吸收动能，减轻结构的冲击受力。

2. 能量守恒定律：能量守恒定律指出，在封闭系统中，系统的总能量在相互作用前后保持不变。

在防护结构设计中，我们可以根据能量守恒定律来计算冲击载荷的能量大小，从而确定适当的结构材料和设计参数。

3. 力的平衡定律：力的平衡定律描述了物体在力作用下保持平衡的条件。

在防护结构设计中，我们需要根据力的平衡定律来确定结构的几何形状和支撑方式，以承受冲击载荷，并确保结构的稳定性。

二、实验准备：1. 材料选择：在进行冲击载荷下的防护结构设计实验前，我们需要选择适用的材料。

一般来说，我们希望材料具有高强度和良好的韧性，在冲击载荷下能够快速吸收能量。

常见的材料包括钢、铝、聚合物等。

在实验中，我们可以通过拉伸测试、硬度测试等方法评估材料的机械性能。

2. 设备准备：为了进行防护结构设计实验，我们需要准备适当的设备和仪器。

例如，冲击试验机、高速摄像机、传感器等。

冲击试验机可以模拟冲击载荷，高速摄像机可以捕捉冲击过程中材料的变形和破坏情况，传感器可以测量冲击力和变形等参数。

三、实验过程：1. 设计样品：根据具体需求，我们设计和制备不同形状和尺寸的样品。

样品可以是平板、梁或者薄壁结构等。

在设计样品时，我们需要考虑结构的强度、刚度以及吸能性能。

2. 冲击试验：将样品放置在冲击试验机上，并施加预定的冲击载荷。

通过控制冲击载荷的大小和施加速度，观察和记录样品的变形、破坏过程。

低压平面管道内流动的数值模拟

低压平面管道内流动的数值模拟随着工程技术的发展，计算流体力学（CFD）技术已成为管道内流动模拟的重要方法。

在低压平面管道内，流动通常被认为是二维的和具有高度可预测性的。

然而，实际上，复杂的管道几何和边界条件对流动的影响仍然不容忽视。

因此，使用CFD模拟来研究低压平面管道内的流动，已经被广泛应用于石油、化工、航空等领域。

分析管道内部流动的过程中，要对管道的几何形状、边界条件、物理参数等进行建模，并采用数值方法对流体力学方程进行求解。

数值求解方法的主要思想是将流场分为若干个离散区域，采用数值逼近的方法对各个离散区域内的物理量进行求解，最终得到整个流场的分布规律。

在建立CFD模型时，需要对管道进行几何建模，包括建立平面和三维模型，选择不同的波动处理方法以及制定初始和边界条件。

对CFD模型的参数选取以及求解算法的确定都对计算结果产生着重大的影响。

为了提高数值模拟的可靠性和准确性，需要在模拟过程中重视试验验证，以便对模型参数进行修正和完善。

在低压平面管道内流动的研究中，常用的数值模拟方法包括有限元法、有限体积法和边界元法。

其中有限体积法由于其高效性和稳定性，已经成为当今求解CFD方程最为常用的数值方法之一。

该方法的思想是结合控制体积的法向和切向涨落，将控制体积内的物理量进行积分，然后采用差分算法将积分方程转化为代数方程。

最终，通过解线性代数方程组和迭代算法求解控制体积内的物理量变化和整个流场的分布情况。

在低压平面管道内流动的数值模拟中，边界条件的设定非常重要。

根据具体管道的实际情况，可以选择不同的边界条件，如垂直入口、平口和压力出口等。

在数值模拟中，通常应当指定初始流场和边界条件，并给出在流过整个管道内的不同位置，各个物理量的变化规律。

为了验证数值模拟结果的可靠性，需要进行实验验证。

在实验中，需要充分考虑管道几何形状，流量、压力和温度的测量值，以及管壁上的摩擦阻力损失等因素。

通过对比实验结果和数值模拟结果，可以验证模型参数的准确性和可靠性，为后续工程应用提供依据。

基于模型试验的地下管道冲击分析

基于模型试验的地下管道冲击分析地下管道是现代城市中重要的基础设施之一，常常承受着来自地下水流、工程施工和地震等外力的冲击。

为了确保地下管道的稳定运行和安全使用，必须进行冲击分析。

本文将基于模型试验进行地下管道冲击分析，探究冲击对管道运行的影响。

一、实验装置及方法在实验中，我们建立了地下管道模型，并模拟了包括地震波冲击、水流冲击和施工冲击等常见外力。

具体的实验装置包括地下管道、模型地基和加速器等。

通过改变外力的大小、方向和作用时间等参数，我们可以模拟不同情况下地下管道受到的冲击。

二、地震波冲击分析地震是地下管道受到冲击的重要原因之一，因此我们首先进行了地震波冲击分析。

通过加速器产生不同振幅和频率的地震波，测量地下管道在不同情况下的位移、应变和应力等参数。

实验结果表明，地震波会对地下管道产生较大的冲击，导致管道的破裂或变形。

为了减小地震对地下管道的影响，我们可以采取一些措施，如增加管道的抗震能力和改善地下管道的设计和施工。

三、水流冲击分析地下水流是另一个常见的冲击源，对地下管道的安全稳定运行有着重要影响。

为了探究水流冲击对管道的影响，我们在实验中模拟了不同流速和流量的情况。

实验结果显示，水流冲击会导致管道的振动和应力集中，进而引起管道的破坏。

因此，我们应该对地下管道的设计和施工进行合理的水流分析，并采取相应的措施来减小水流冲击的影响，保证地下管道的正常运行。

四、施工冲击分析地下管道在施工过程中也会受到较大的冲击，这主要包括地基开挖、管道铺设和回填等过程。

为了探究施工冲击对地下管道的影响，我们在实验中模拟了不同施工过程中的冲击情况。

实验结果表明，施工冲击会导致管道的位移、变形和断裂等问题，因此在地下管道的施工中，需要采取一些措施来减小施工冲击的影响，如合理选择施工方法、加强管道的支护和加固等。

五、结论通过基于模型试验的地下管道冲击分析，我们可以更好地了解地下管道在受到外力冲击时的行为和响应。

实验结果表明，地震波、水流和施工等外力都会对地下管道产生较大的冲击，从而导致管道的破裂和变形。

实验冲击载荷作用下的管子

实验项目（课题）教学实施方案3、设置单元选择单元，GUI：Main Menu>preprocessor>elment type>add/edit/delete>add命令：MP,EX,1,2e11MP,PRXY,1,0.3MP,DENS,1,7.8e3命令ESIZE,0.04 !设置网格尺寸为0.04二、加载求解1、计算预应力，静力分析FZ=4.2e3）Main Menu>preprocessor>load>define load>apply>structural>Force moment>on注意：瞬态分析中需要施加单元载荷（压力、温度、加速度等）写入Jonname.mode文件后在瞬态分析中使用这些载荷向量。

模态的提取可以用Block Lanczos法、减缩法，法求解瞬态分析。

指定约束应在模态分析中指定，在模态叠加的瞬态分析中指定将被忽略。

（3）计算当前模型选取Z=2.5的所有节点，GUI：UtilityMenu>select>entities，弹出select entityFrom Full，在文本框中输入Main Menu>preprocessor>load>define load>apply>structural>Force（4）设置输出结果GUI: Main Menu > Solution > Load Step Opts > Output Ctrls > Solu Printout，弹出solution printout（5）选择菜单utility menu:file>save as文件另存为在适当的位置。

（6）计算求解计算前要选择所有元素，GUI：Utility Menu>select>everying，否则要出错Uy2 设置查看的节点的变量为X方向位移（3）查看临界时间的等合位移云图读取解临界时刻解GUI: Main Menu>General PostProc>Read results,time or frequency对话框，在time value of time freq显示合位移云图GUI: Main Menu>General PostProc>plot results>contour plot>nodal solu,。

基于LS—DYNA海底悬空管道动力响应分析

基于LS—DYNA海底悬空管道动力响应分析作者：董文乙来源：《中国水运》2014年第06期摘要：基于ANSYS/LS-DYNA动力学分析软件，引入非线性弹簧模拟管土接触，采用非线性动力有限元法，对坠物撞击海底管道的过程进行数值仿真。

根据计算结果，分析了撞击速度、落物质量对管道塑性变形及动力响应幅值的影响。

关键词：悬空管道碰撞凹陷变形动力响应海底管道服役期间，会受到坠落物体的碰撞，使管道损伤破坏，对于海底悬空管道还会引起悬跨段在垂直方向上的振动。

分析此类碰撞问题，不仅要考虑物体与管道接触，还要考虑管土之间的相互作用，是一个高度非线性问题。

现有的DNV规范规定了海底管道受到拖网鱼具或外来物体冲击后的变形限制条件，给出了允许的最大永久变形的深度与管道外径的关系式，但规范未考虑海床、坠落物等对能量的吸收情况，忽略碰撞过程中各种非线性因素对于碰撞分析的影响。

Wierzbicki等人给出了考虑钢管初始轴向应力影响下，损伤深度与管道吸收能量的计算公式，同时给出了不考虑剪切力条件下撞击力的计算公式。

杨秀娟[4，5]采用三维非线性有限元法模拟了海底管道受到坠物冲击碰撞的过程，分析了坠物形状、碰撞角度、摩擦效应、混凝土厚度以及管道内压对撞击的影响。

对于海底管道碰撞损伤变形的数值模拟常采用有限元分析软件进行数值模拟。

本文借助非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA来模拟海底悬空管道受锚击的动态响应过程，分析海底管道悬跨段受坠物撞击部位的塑性变形及悬跨管段的动力响应，同时讨论撞击速度、落物质量对管道塑性变形及动力响应幅值的影响。

海底悬空管道物理模型1、模型参数管道模型的参数设计参考海底管道工程设计参数，海底管道直径0.508m，壁厚0.0127 m。

由于海流冲刷，海底管道出现悬空段，考虑管道与土的相互作用悬空段两端管土耦合边界取60倍的管径，管道材料为X 65，材料属性如表1。

由于坠落物体形状不一，将坠落物简化为具有一定质量和初始速度的实心球体，半径取0.312m，将附加水质量以密度的形式加到坠落物体上。

管道受坠物冲击载荷作用的数值模拟基本方法

管道受坠物冲击载荷作用的数值模拟基本方法【摘要】管道受冲击载荷作用是复杂的非线性接触问题，本文介绍了可以进行非线性分析的有限元软件、离散元软件的概况和基本原理，以及运用它们对冲击载荷作用引起的管道动力响应过程进行数值模拟的基本方法。

【关键词】管道冲击非线性数值模拟随着我国油气管道建设的进一步深入，石油天然气管道穿越复杂地质条件的工程实践越来越多，这些管道多沿山体坡脚埋设，可能要经过滑坡、泥石流等自然灾害高发地段，由于自然灾害所产生的高速坠落的石块容易冲击管道导致管道失效。

同时，在日益发展的海洋石油开采中，海底石油管道也容易在其安装与油气输送过程中，与锚泊作业以及货物运输等人类活动造成坠的落物体发生碰撞，造成管道损伤。

因此，对管道受坠物冲击作用引起管线变形的规律和破坏机理进行深入研究具有重要意义。

本文将以有限元方法为基础，介绍管道受坠物冲击载荷作用的数值模拟基本方法。

管道受坠物冲击载荷作用是管道-土体组成的体系在冲击荷载下的整体动力响应。

无论是从静力学还是动力学的角度来分析结构的受力状态，管道与土体的相互作用都是不可忽略的，只有把管道与地基作为相互作用又相互制约的整体分析，才能得到比较符合实际的计算结果。

随着数值非线性分析成为解决岩土工程问题的重要手段，有限元、离散元等方法在管土相互作用分析中也发挥着越来越大的作用，基于这些理论的数值模拟软件也得到了极大的发展。

1 非线性数值模拟软件1.1 ANSYS/ABAQUSANSYS是一种大型通用有限元分析软件，融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体，由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。

有限元法（FEA，Finite Element Analysis）的基本概念是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。

它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定合适的形函数，然后附上求解这个域总的满足条件，如结构的平衡条件、边界条件等，从而得到问题的解。

冲击荷载动力系数的取值范围

冲击荷载动力系数的取值范围1. 引言冲击荷载是指结构物在受到外部冲击作用下的载荷。

在工程设计中，冲击荷载动力系数是评估结构对冲击荷载的抵抗能力的重要参数。

本文将针对冲击荷载动力系数的取值范围进行详细讨论。

2. 冲击荷载动力系数的定义冲击荷载动力系数（Impact Load Dynamic Coefficient）是对结构抵抗冲击荷载能力的一种评估指标。

它描述了结构在受到冲击荷载作用时的变形和响应程度，是一个无量纲的数值。

3. 冲击荷载动力系数的影响因素冲击荷载动力系数的取值范围受到多个因素的影响，包括但不限于以下几个方面：3.1 结构的初始刚度结构的初始刚度是指结构在无冲击荷载作用下的刚度。

初始刚度越大，结构对冲击荷载的抵抗能力越强，因此冲击荷载动力系数的取值范围会相对较小。

3.2 结构的材料特性结构的材料特性对冲击荷载动力系数的取值范围有着重要影响。

材料的强度越高，结构的抗冲击能力越强，冲击荷载动力系数的取值范围也相对较小。

3.3 冲击荷载的作用形式不同形式的冲击荷载会对结构的抗冲击能力产生不同的影响。

例如，持续冲击和瞬态冲击会对结构产生不同的力学响应，因此在计算冲击荷载动力系数时需要考虑冲击荷载的作用形式。

3.4 结构的减震措施结构的减震措施可以有效地减小冲击荷载对结构的影响，提高结构的抗冲击能力。

例如，采用减震器、降低结构的自振频率等措施可以降低冲击荷载动力系数的取值范围。

4. 冲击荷载动力系数的计算方法为了准确评估结构对冲击荷载的抵抗能力，需要采用合适的计算方法来计算冲击荷载动力系数。

常用的计算方法包括但不限于以下几种：4.1 数值模拟方法数值模拟方法是通过建立结构的数值模型，采用有限元分析等数值方法计算结构在冲击荷载作用下的变形和响应程度，进而得到冲击荷载动力系数的取值范围。

这种方法需要较高的计算能力和专业知识，并且要进行合理的验证和校正。

4.2 试验方法试验方法是通过对实际结构进行冲击试验，测量结构在冲击荷载作用下的变形和响应程度，进而得到冲击荷载动力系数的取值范围。

拼装式铝道面板冲击荷载作用现场试验与数值模拟

拼装式铝道面板冲击荷载作用现场试验与数值模拟蔡良才;周少辉【摘要】通过落锤弯沉仪器(FWD)模拟飞机对道面的冲击荷载作用,测试了正交异性蜂窝铝道面板的竖向位移.采用AN-SYS有限元软件建立了三维模型,以冲击试验的现场数据为依据,校核了有限元模型.并分析了不同因素对拼装式道面板抗冲击荷载性能的影响.现场试验与模型结果表明:试验道面板在使用飞机的冲击荷载作用下最大竖向位移为8.265 mm,能够满足使用飞机的起降着陆要求.土基模量是影响道面板抗冲击性能的最主要的因素,相比增加道面板强度,提高土基条件对道面板性能的改善更加明显.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2015(015)034【总页数】5页(P264-267,273)【关键词】FWD;正交异性道面板;竖向位移;有限元模型;土基模量【作者】蔡良才;周少辉【作者单位】空军工程大学机场建筑工程系,西安710038;空军工程大学机场建筑工程系,西安710038【正文语种】中文【中图分类】V212.13拼装式铝道面板用于简易机场的快速抢建，必须满足使用飞机正常起飞着陆要求。

由于飞机着陆瞬间，轮胎会以冲击的形式与道面板接触，道面板短时间内承受巨大的荷载，若道面板抗冲击性能不足就会造成道面板损伤及威胁飞机的着陆安全。

针对飞机冲击荷载作用于机场道面的研究大多集中在动荷载系数的确定［1—4］，考虑飞机滑行状态时道面的力学响应。

其冲击荷载的大小与飞机重量、起落架类型、振动频率、道面强度及平整度有着很大的关系。

拼装式道面板铺设在土质道面上，土质道面强度及平整度相比水泥混凝土及沥青混凝土道面有较大差距，因此飞机冲击荷载对道面板作用更应该加以重视。

本文考虑冲击荷载最不利情况，针对某飞机，选择动荷载系数2.0作为道面板抗冲击荷载设计标准，采取试验分析与数值模拟相结合的方式对拼装式铝道面板抗冲击性能进行研究，采用落锤式弯沉仪(FWD)模拟近似飞机冲击荷载，借助FWD自带的传感器测试道面板的竖向位移进而计算冲击效果;运用非线性动力有限元软件ANSYS进行三维有限元模拟，分析了地基、板强度、不同荷载作用位置等因素对道面板抗冲击性能的影响。

第三方载荷作用下埋地输气管道动力响应的数值模拟

第三方载荷作用下埋地输气管道动力响应的数值模拟赵师平;曾祥国;姚安林;王清远;石宵爽;邢义峰【期刊名称】《四川建筑科学研究》【年(卷),期】2009(035)001【摘要】强夯是导致埋地输气管道第三方破坏的主要载荷形式之一.强夯下埋地输气管道动力响应问题的本质是夯锤-土-埋地管道组成的体系在冲击荷载下的整体动力响应.利用LS-DYNA有限元商业软件,基于非线性动力学基本理论和动态算法,在半无限土介质中,通过对动力参数和接触参数的合理设置,在验证某工程实例的基础上,选取适当的本构关系,从夯击能量的大小、夯锤和管道之间的间距和管道表面复土深度三个方面对强夯冲击荷载作用下埋地输气管道的动力响应问题进行了数值模拟研究,得出了埋地输气管道在夯击荷载下的动力响应规律.结果表明,采用数值模拟方法对研究强夯冲击荷载作用下埋地输气管道的动力响应是可行的,其计算结果对埋地输气管道的风险评估、设计和施工具有一定的参考价值.【总页数】6页(P134-139)【作者】赵师平;曾祥国;姚安林;王清远;石宵爽;邢义峰【作者单位】四川大学建筑与环境学院,四川,成都,610065;四川大学建筑与环境学院,四川,成都,610065;西南石油大学建筑工程学院,四川,成都,610500;四川大学建筑与环境学院,四川,成都,610065;四川大学建筑与环境学院,四川,成都,610065;四川大学建筑与环境学院,四川,成都,610065【正文语种】中文【中图分类】TE832【相关文献】1.挖掘载荷作用下埋地输气管道损伤过程数值模拟 [J], 庞自啸;阿斯汗;孙策;王卫强2.地震载荷作用下埋地输气管道的数值模拟 [J], 赵新威;曾祥国;姚安林;张毅;李星3.车辆碾压载荷下埋地输气管道的动力响应研究 [J], 古芃; 蒋宏业; 徐涛龙; 齐峰; 王威翔4.爆炸冲击作用下埋地并行输气管道的动力响应 [J], 田晓建;龙大平;吴庆龙;武雯沁5.夯击载荷作用下埋地输气管道的可靠度分析 [J], 徐涛龙;曾祥国;姚安林;陈华燕因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。