水下爆破作用下柔性復(fù)合氣幕的減震機(jī)理及性能研究

水下爆破面臨著比陸上更嚴(yán)重的爆破沖擊和振動(dòng)危害。研究建立柔性復(fù)合氣幕在水下爆破荷載下的力學(xué)分析模型，開展復(fù)合材料試驗(yàn)和層合板理論推導(dǎo)。考慮柔性層合板的彎矩和膜應(yīng)力，將一維Talyor流固耦合方法拓展到三維?；跔顟B(tài)空間、精細(xì)積分和新型數(shù)值Laplace逆變換方法提出一套可以考慮流固耦合效應(yīng)的空氣或水下爆破荷載作用下層合板響應(yīng)半解析計(jì)算方法。結(jié)合二維和三維數(shù)值模擬研究柔性復(fù)合氣幕在沖擊荷載下的非線性流固耦合效應(yīng)、荷載傳遞機(jī)制及減振機(jī)理。開展工程爆破實(shí)測和振動(dòng)信號(hào)能量分析，提出基于HHT的瞬時(shí)能量分析法識(shí)別微差延期時(shí)間，提出基于輸入能量的爆破振動(dòng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)。研究成果對于推動(dòng)復(fù)雜層合結(jié)構(gòu)的水下爆破動(dòng)力分析及振動(dòng)安全評(píng)估具有積極意義。 2100433B

水下爆破面臨著比陸上更嚴(yán)重的爆破沖擊和震動(dòng)危害。在傳統(tǒng)氣幕減震方法的基礎(chǔ)上，發(fā)展一種新型柔性復(fù)合氣幕，在民用及軍事抗爆防護(hù)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。研究建立新型柔性復(fù)合氣幕在水下爆破荷載下的控制方程及邊界條件。開展復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)和層合板理論推導(dǎo)，研究動(dòng)力荷載下柔性復(fù)合氣幕的動(dòng)態(tài)本構(gòu)及力學(xué)性狀，提出橫觀各向同性的等效材料模型和基于代表體元精細(xì)有限元分析的模型參數(shù)識(shí)別方法。對一維Taylor經(jīng)典方法進(jìn)行修正和解析求解，結(jié)合二維和三維數(shù)值模擬研究柔性復(fù)合氣幕在沖擊荷載下的非線性流固耦合效應(yīng)、荷載傳遞機(jī)制及減震機(jī)理。建立考慮積分特性的比沖量和比能等沖擊因子指標(biāo)，開展實(shí)驗(yàn)水池和實(shí)際工程中的水下減震實(shí)驗(yàn)，提出簡化的氣幕減震公式和設(shè)計(jì)方法，評(píng)價(jià)其減震性能。研究成果在水下復(fù)合材料防護(hù)方式、柔性結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)本構(gòu)及非線性流固耦合分析方法等方面有一定的創(chuàng)新，對于提高水下爆破減震防護(hù)水平具有重要意義。

中文摘要：爆炸荷載作用下玻璃幕墻的破壞機(jī)理涉及到PVB膠片的本構(gòu)關(guān)系、夾層玻璃靜力作用下力學(xué)模型、爆炸沖擊荷載-玻璃流固耦合作用等前沿問題，國內(nèi)外在這些方面的研究還未取得突破性進(jìn)展。因此課題通過試驗(yàn)手段建立PVB膠片的本構(gòu)關(guān)系，通過夾層玻璃靜力試驗(yàn)及數(shù)值模擬，建立與實(shí)際受力相符的力學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行抗爆炸試驗(yàn)及數(shù)值模擬的研究分析，對玻璃幕墻在爆炸作用下的破壞機(jī)理和性能研究進(jìn)行研究，為玻璃幕墻的抗爆炸設(shè)計(jì)有價(jià)值的參考。得到了夾層玻璃PVB膠片在不同溫度及加載速率下的本構(gòu)關(guān)系模型；進(jìn)行了四邊簡支夾層玻璃的承載力試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究，建立了與實(shí)際受力相符的夾層玻璃力學(xué)模型；進(jìn)行了不同類型玻璃面板在爆炸沖擊荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)試驗(yàn)，研究了不同玻璃類型的破壞形式；在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了爆炸荷載作用下玻璃面板動(dòng)力響應(yīng)的有限元分析，并考慮了不同參數(shù)（玻璃尺寸、厚度）對玻璃面板抗爆性能的影響；采用多物質(zhì)ALE算法進(jìn)行了了炸藥作用下爆炸的產(chǎn)生以及爆炸沖擊波與玻璃面板結(jié)構(gòu)之間的耦合作用的數(shù)值分析；基于試驗(yàn)及有限元結(jié)果，提出了爆炸沖擊荷載作用下玻璃幕墻動(dòng)力響應(yīng)的簡化分析方法。 2100433B

隨著地球地震活躍期的來臨，在我國西部大開發(fā)建設(shè)的背景下，為了保證強(qiáng)震作用下隧道特別是抗震最薄弱部分的明洞段安全，亟需相應(yīng)的減震機(jī)理與災(zāi)害控制對策研究。采用資料調(diào)研、數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)等方法，本課題深入研究了隧道洞口段的地震響應(yīng)機(jī)理及減震對策。 （1）通過文獻(xiàn)資料的廣泛搜集，明確隧道洞口段的破壞形式可分為：①邊坡失穩(wěn)破壞導(dǎo)致的崩塌、滑落造成其變形和壓損；②隧道門墻壁的破損、傾斜、開裂等問題；③隧道過斷層段的錯(cuò)動(dòng)。 （2）結(jié)合模型試驗(yàn)和數(shù)值分析的方法，研究仰坡角度、襯砌剛度，減震縫間隔對隧道結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的影響，得出結(jié)論有：①過大的襯砌剛度對襯砌的受力不利，在保證靜力荷載和變形的條件下，適當(dāng)減小襯砌的剛度可以吸收地震荷載的能量，對隧道抗震更有利。②無配筋襯砌相比有配筋襯砌的峰值彎矩大，明洞以及洞口附近襯砌應(yīng)予以配筋。③仰坡坡度越大，洞口段上覆土層越厚，其慣性力和主動(dòng)壓力越大，襯砌附加彎矩峰值越大。在洞口處可以通過接長明洞來減小仰坡坡度，從而減小襯砌的受力，同時(shí)還可以預(yù)防地震引起的滑坡、落石等次生災(zāi)害。④洞口附近設(shè)置減震縫可以改善襯砌的受力，降低受力集中，使襯砌受力更均勻。 （3）借助模型試驗(yàn)和數(shù)值方法研究上部滑移隔震、下部滑移隔震、下部碎石減震、全包減震、隔震層 下部碎石減震五種措施的減震效果，得出設(shè)置隔震層和下部碎石對襯砌的減震作用明顯，下部碎石減震作用更為有效。洞門附近可以對基底進(jìn)行處理，這不僅可以增加基底承載力并且可以起到一定的隔震作用。 本課題研究成果有助于提高隧道結(jié)構(gòu)抗的抗減震，可為相關(guān)工程設(shè)計(jì)與施工提供指導(dǎo)，亦可為今后規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的制定提供理論和技術(shù)支持。 2100433B

為增強(qiáng)隧道洞口段的山體穩(wěn)定性，需貫徹早進(jìn)晚出的原則，但為了給暗挖進(jìn)洞創(chuàng)造條件，往往需要接長一段明洞，而強(qiáng)震作用下的明洞段是抗震的薄弱環(huán)節(jié)，其災(zāi)害控制對策是目前地下工程抗減震領(lǐng)域亟需解決的關(guān)鍵問題之一。本項(xiàng)目擬基于前期的現(xiàn)場調(diào)查,在對明洞段震害形式進(jìn)行科學(xué)分類的基礎(chǔ)上，研究其破壞機(jī)理、影響因素和動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律，參考地面建筑的基底隔震法和地下結(jié)構(gòu)的減震層法，提出兩種或多種針對明洞段的減震結(jié)構(gòu)；依據(jù)振動(dòng)力學(xué)、波動(dòng)力學(xué)和地震工程學(xué)等理論，結(jié)合明洞段的動(dòng)力響應(yīng)特性，建立考慮上覆土層、隧道襯砌與減震結(jié)構(gòu)相互作用的數(shù)理力學(xué)模型，從理論上驗(yàn)證減震結(jié)構(gòu)的可行性，并剖析其減震機(jī)理；利用有限元程序進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)數(shù)理力學(xué)模型的程序化，在室內(nèi)試驗(yàn)正確性驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，綜合數(shù)值分析和模型試驗(yàn)等手段，比選特定條件下的減震結(jié)構(gòu)，并優(yōu)化影響其減震效果的主要因素，為將本項(xiàng)目研究內(nèi)容應(yīng)用于工程實(shí)踐提供理論基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)依據(jù)。