爆炸載荷下加筋板動態回響相似畸變規律研究

《爆炸載荷下加筋板動態回響相似畸變規律研究》是依託武漢理工大學，由孔祥韶擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：爆炸載荷下加筋板動態回響相似畸變規律研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：孔祥韶
• 依託單位：武漢理工大學

項目摘要

爆炸衝擊載荷下結構的動態回響具有高度的非線性，由於縮比模型試驗具有試驗成本低、便於深入研究回響規律和損傷機理的特點而成為結構爆炸衝擊回響研究領域內常用且有效的手段。縮比模型試驗的主要目的在於通過模型的試驗結果預報實際結構的回響和損傷特性，模型和實型之間的相似準則是指導試驗模型設計和預報實際結構回響的基石。在模型試驗中，由於材料應變率效應和結構模型幾何畸變的存在，這一縮比準則的確定就變得複雜而困難。為此，本項目將結合量綱分析和結構動態回響模型試驗，研究爆炸衝擊載荷下結構回響相似畸變規律，揭示其中的影響因素和控制機理，探索合理可靠的縮比模型相似準則。主要研究內容有:(1)結構動態回響分析基本量綱組選取的原則和方法；（2）結構動態回響相似畸變規律和準則，畸變耦合效應的理論分析和驗證；（3）艙內爆炸載荷下加筋板結構回響的縮比試驗。研究成果能為爆炸試驗模型設計和相似預報提供依據和參考。

結題摘要

爆炸衝擊載荷下結構的動態回響具有高度的非線性，由於縮比模型試驗具有試驗成本低、便於深入研究結構回響和損傷機理的特點而成為結構爆炸衝擊回響研究領域內常用且有效的手段。縮比模型試驗的主要目的在於通過模型結構的試驗結構預報實際結構的回響和損傷特性，模型和實型之間的相似縮比規律和準則是指導試驗模型設計和預報實際結構回響的基石。在模型試驗中，由於材料應變率效應和幾何畸變的存在，這一縮比規律和準則確定就變得複雜而困難。為此，本項目將結合量綱分析和結構動態回響模型試驗，研究爆炸衝擊載荷下結構回響相似畸變規律，揭示其中的影響因素和控制機理，探索可合理可靠地縮比模型相似準則。主要研究內容有: (1) 從量綱分析出發，探討了應變率效應對結構動態回響相似關係的影響，通過修正外載荷建立模型與實型間的相似規律；分析了衝擊波載荷比衝量和結構材料應變率間的相互影響關係，並以比衝量作為修正量提出了適用於爆載作用下相似結構的不完全相似準則。 (2) 在前人研究工作的基礎上整理、擬合了藥量、爆距和比衝量之間關係的表達式，提出了模型藥量的修正方法，從而使模型實驗更為方便可控；並通過算例進行方法驗證，證明了該相似修正法在爆載下結構回響相似問題中的適用性。 (3) 開展了幾何畸變模型動態回響相似問題的研究；採用經典卡勒汀結構比較了目前畸變模型預報中兩種常用預報方法——“有限元係數預測法”和“指數修正法”——的優缺點，並結合結構動載回響的實驗要求和兩種方法各自的特點，選擇了“指數修正法”作為本研究畸變模型問題中的預報方法；並在此基礎上提出了一種指數n值的快速求解法，解決了該方法在實際套用中存在的不足。 (4) 分析了爆炸載荷下加筋構件板厚、加筋截面型式共同畸變時的回響相似問題。在保證畸變前後加筋截面抗彎模量相同或相近的前提下，提出了以加筋截面積為畸變數來進行外載荷修正的方法；並結合空爆和艙室內爆兩類算例進行了驗證，揭示了爆炸載荷下加筋板動態回響的相似畸變規律。研究成果能為爆炸模型試驗設計和相似預報提供依據和參考。