运用量纲分析探究爆炸应力波在中远区岩石中的衰减规律

在国内外关于爆炸应力波衰减规律研究成果的基础上,运用量纲分析方法推导得出爆炸应力波在中远区岩石中的一般衰减模型。以青海威斯特德尔尼露天铜矿地质数据为背景,借助LS-DYNA大型动力有限元程序建立双台阶模型进行求解运算,得到监测点应力数据,由数据分布规律确定应力波衰减公式,同时,将求解结果用于拟合推导得出的一般衰减模型,从而得到模拟原型-青海威斯特德尔尼露天矿台阶爆破中远区岩体应力衰减公式。拟合结果表明:运用量纲分析方法推导得出的爆炸应力波一般衰减模型能有效反映应力波在岩石中的衰减规律。     

可变径管道漏磁检测有限元仿真与实验研究

为了更好地支持压力管道检验,降低事故率,本文基于漏磁检测原理,利用有限元分析软件建立了管道外漏磁检测模型,对管道漏磁检测进行了仿真计算,得到了缺陷处漏磁场特征曲线,模拟了圆柱形缺陷对管道外壁漏磁场的影响,得出了不同参数缺陷对漏磁场的影响规律,并且基于理论和有限元计算结果试制了可变径管道外漏磁检测仪的样机,利用该检测仪对壁厚为8mm的带有人工缺陷的管道进行扫描检测,研究不同参数缺陷对漏磁场信号的影响规律。结果表明,所得结果与有限元仿真的结果吻合良好,且缺陷检测精度及效果满足要求,另外,检测装置对内外壁缺陷检测同样可行有效,适合特种设备（压力管道）检测的工程应用。     

大前石岭岩堆斜坡坡面爆破振动动力响应特征*

为探究爆破振动作用下岩堆斜坡动力响应特征,防止爆破引起坡面岩堆失稳,构建大前石岭岩堆斜坡爆破振动三维有限元模型,基于实测数据进行数值模拟验证,研究爆破引发的岩堆斜坡坡面位移、速度及加速度在不同方向、坡面位置及用药量下的响应规律。研究结果表明:岩堆体位移、速度及加速度呈波浪状“先快后慢”式衰减;垂直振动最剧烈,隧道轴线和水平方向振动较弱且相差不大;坡面位移、速度、加速度峰值与爆心距呈负相关关系,与药量呈线性增大关系;离爆破掌子面最近的坡面处垂直方向峰值速度最大,应将该点作为爆破振动安全评价关键点,且K,α推荐值分别为30,1.2左右。研究结果有助于深入认识爆破作用下岩堆坡面动力响应特征,为经济、安全施工提供参考。     

基于参考应力法的海底腐蚀管道剩余强度评价

在役海底管道所处海洋环境恶劣,管道发生腐蚀后剩余强度降低。为了更加准确地计算管道的剩余强度,基于ANSYS非线性有限元模拟,采用参考应力法,研究了参考应力分别为(SMYS+SMTS)/2,1.1SMYS,SMYS+69,0.8SMTS,0.9SMTS,SMTS的海底管道剩余强度,将结果与爆破实验数据作对比,提出了参考应力和流变应力取值的推荐算法。研究结果表明,在海底腐蚀管道剩余强度有限元分析中,对于X46,X60和X80管道,建议分别使用(SMYS+SMTS)/2,0.9SMTS和SMTS作为参考应力;推荐使用(SMYS+SMTS)/2, SMYS+69和 1.1SMYS三者中的最大值作为流变应力。     

高耸建筑物定向爆破中切口长度安全范围的研究

爆破拆除高耸筒体结构时 ,爆破切口长度的合理选取是爆破成功的重要因素。目前的实践经验 ,爆破切口长度取为切口处筒体圆周长的 6 0 %～ 6 6 % (即 3/ 5～ 2 / 3) ,按此取值范围进行施工 ,爆破效果的好坏并存 ,事故仍有发生 ,这说明此取值范围偏大。借助有限元软件ANSYS ,通过数值计算 ,可获得起爆瞬间 ,在结构自重作用下引起的爆破切口支撑部的应力与应变状态 ,因而 ,可分析出爆破切口长度较安全的取值范围。对比实际拆除爆破的效果 ,爆破切口长度取切口处筒体圆周长的 6 2 %～ 6 4 %是比较安全适宜的。数值分析所得出的结论 ,对爆破设计施工有一定的借鉴意义     

大断面高铁隧道掘进爆破振动传播规律研究*

为研究隧道爆破掘进振动规律并合理控制爆破振动危害,对京张高铁大断面南口隧道爆破掘进过程进行实时监测,并对监测结果进行线性回归分析,求得3个监测方向的场地系数K和衰减系数α值以及爆破振动峰值速度衰减回归方程,通过FFT法计算出主振频率和爆破振动波的振动频率范围,利用ANSYS/LS-DYNA对爆破工程进行数值模拟。结果表明:喷锚支护和监测方向对爆破振动衰减回归分析影响较大;主振频率和爆破振动波的振动频率分布范围为50~300 Hz,无需考虑周边建筑共振情况,与周边古建筑和临近隧道的最小安全距离分别为147 m和12 m;数值模拟与实际结果对比发现二者振动峰值略有差别但整体趋势基本相同,证明建立模型的有效性。     

危险货物集装箱堆场爆炸地震效应对地下结构的安全影响分析

为了研究危险货物集装箱堆场爆炸地震效应对地下结构的安全影响,采用我国《爆破安全规程》以及美国国家公路研究所爆破理论相结合的方法,分析某危险货物集装箱堆场建设项目发生爆炸时对已建隧道的影响。建立三维模型,采用Midas GTS有限元分析软件进行数值模拟分析,经过理论分析与数据拟合,分别确定堆场各点（区域）发生爆炸时隧道壁振动速度与地表爆炸当量的计算模型,确定隧道保护条件,并分别采用隧道壁最大应力模拟计算值进行校验,为堆场选址、堆存货种种类及数量限定提供参考建议。     

爆破冲击荷载下隧道振动特性与安全性评价研究

隧道工程爆破施工引起衬砌结构以及地表建筑物破坏时有发生,研究隧道工程爆破振动效应以及安全性评价方法,对确保隧道工程施工安全十分重要。基于三维动力有限元分析方法,以某城市双连拱隧道工程爆破施工为例,探讨爆炸冲击荷载作用下隧道围岩介质动力响应特征。研究表明,爆破冲击对周围介质的影响具有时间滞后和累积损伤效应,只考虑爆破瞬时最大振动波速对围岩介质以及地表建筑物的影响不能真实反映爆破影响的实质。同时结合具体工程对地表建筑物爆破安全评价方法进行分析研究,建议将现代数值分析方法应用于复杂条件下隧道爆破安全性评价工作。     

自燃煤矸石山温度场的有限元分析

建立自燃煤矸石山中任意点的瞬态温度场控制方程;在假定矸石山不存在内部对流换热的条件下,对矸石山模型的初始、边界条件进行了确定和求解;在耗氧量原理基础上通过实验近似得出了其内部热源强度;并推导出了自燃煤矸石山瞬态温度场的有限元数学模型。在瞬态温度场的有限元模型和相关初始、边界条件基础上,应用ANSYS软件中的8节点6面体等参元对此30m(底半径)×30m(高)自燃煤矸石山模型进行单元划分,得到527个单元、2029个节点,并进行了相关模拟计算。对计算出的温度作了相应的误差分析,得出该有限元数学模型的精度比较可靠;并在模拟计算结果的基础上进行了相关的温度场分析。     

测试装置防护技术的仿真研究

复杂的动力学环境对测试系统安全可靠地工作产生巨大威胁, 为了可靠地完成测试任务, 叙述了弹载测试装置抗高过载冲击的防护措施和缓冲机理.利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对内置测试设备的卵形空心弹体侵彻钢靶进行了数值模拟,同时结合泡沫铝的特性对防护技术进行了仿真研究.     

车辆碰撞特性的数值仿真及试验研究

运用显式动态有限元方法建立了某车辆的有限元模型 ,按照国家标准对整车进行了正面碰撞仿真计算和实车正面碰撞试验。通过仿真计算和实验的对比分析 ,其结果表明 :仿真计算的变形结果和试验吻合较好 ,车身上一些主要部位的加速度曲线在趋势上也基本吻合 ,说明运用有限元法进行车辆的仿真切实可行。分析结果为车辆的安全性设计提供了参考依据。     

腐蚀管道评价标准ASME B31G-2009和SY/T6151-2009对比

腐蚀是油气管道最常见的失效形式之一,对腐蚀管道进行剩余强度评价是保障管道安全可靠运行的基础工作。ASME B31G-2009和SY/T6151-2009是国内外的两种主流评价标准的最新版本,为了在选取适当的评价标准时有判断依据,比较分析了新版标准评价结果的保守程度,研究了评价流程、计算模型和计算参数取值等方面,并结合爆破试验数据和有限元仿真结果进行了验证。结果表明,两种标准仍具有一定的保守性,且当管道强度等级、腐蚀情况及数据资料完整度等不同时,两种标准有各自的适用范围和优缺点。     

炮采放顶煤采空区自然发火的数值模拟应用

针对炮采放顶煤开采采空区容易发生自燃问题，基于漏风渗流方程、气体渗流一扩散-氧消耗方程，建立了采空区自然发火非稳定数值模型，采空区按非均质考虑，耗氧汇按煤矸氧化和瓦斯涌出稀释两方面综合考虑，用有限元数值方法联立求解模型。结合羊草沟矿实例，通过该矿自然发火后来的测试区的现场实测结果，拟合反演得到采空区煤的耗氧速度、瓦斯涌出强度和渗透特征参数，用确定的模型分析了前段出现自然发火的原因；描绘了炮采放顶煤开采时采空区冷却带、自燃带和窒息带等三带的形状，指出冒落压实的不均衡的非均质采空区，自燃点在偏人风一侧。用三带划分理论讨论了工作面参数（风量、推进度、控顶距）同自燃的量化关系，提出了从根本上预防采空区自然发火的途径与方法。     

不同地应力条件下直眼掏槽破岩的理论研究与数值模拟

为了研究不同地应力场对直眼掏槽破岩的影响,提出了基于Schwarz交替迭代法和弹性力学理论建立的掏槽区岩体的应力状态方程,同时对不同地应力条件下单孔直眼掏槽破岩过程进行了数值模拟。结果表明:在炸药爆炸前期和中期,初始地应力场对结果影响较小,主要是槽孔爆炸应力场起主导作用,在爆炸后期,初始地应力场对爆破后裂纹的扩展具有导向作用,裂纹扩展主方向趋向于最大初始地应力方向。进一步分析表明,岩体在初始地应力场与爆炸应力场共同作用后,在空孔和槽孔圆心连线上产生最大拉应力,并且在不同地应力条件下最大拉应力模拟值的发展趋势与理论计算较为一致。     

频繁矿震下临近建筑物结构疲劳损伤及安全选址研究*

为科学规划并有效利用矿区及周边土地资源,以某铁矿爆破作业及临近拟建设项目为研究对象,现场开展振动监测并结合修正后的撒道夫斯基公式得出振动速度等参数;针对单次爆破振动情形,依据不同类型建筑物在寿命周期内可正常使用对应的振动速度,得出爆破振动安全允许距离;针对频繁爆破振动情形,采用ANSYS有限元建模分析频繁爆破振动下建筑物的力学响应。结果表明:单次爆破振动对建筑物影响较小,仅对精密科研设备的正常使用造成一定影响,长期爆破微振动会使结构出现“软化”趋势和疲劳损伤,当振动次数超过20 000次时（每天振动2次,约27 a）,建筑结构压应力已超过破坏极限应力,从而预测建筑物使用寿命未达到设计年限要求;建议拟规划建设项目的选址距离振动源200 m以上（一般居住或办公用途）或1 km以上（精密仪器设备等用途）。     

新型矿用圆弧形薄壁防冲吸能装置屈曲特性数值分析*

为解决支架面对冲击地压产生的强冲作用容易失效、失稳的难题,针对现有矿用防冲吸能装置存在的不足,提出1种新型矿用圆弧形薄壁防冲吸能装置。采用ABAQUS有限元数值模拟方法对新型防冲吸能装置与原有方形预折纹薄壁装置进行对比分析,同时研究新型防冲吸能装置在不同壁厚和不同轴向模块堆积个数情况下的屈曲特性。结果表明:圆弧形薄壁装置相比于方形折纹薄壁装置在相同厚度情况下其总吸能提升近20%,比吸能提高63%,装置防冲优势明显;在装置高度不变的情况下增加模块轴向堆积个数可有效降低压溃峰值荷载、荷载波动系数,增加平均压溃荷载;随着装置薄壁厚度降低,压溃峰值荷载、压溃平均荷载、总吸能与比吸能均降低,荷载波动系数增加,曲线波动性变大。     

大跨度公路隧道洞口段爆破对高边坡安全影响研究

为研究大断面公路隧道洞口段爆破开挖对边坡稳定性的影响,以某公路隧道洞口段工程为研究背景,基于Abaqus有限元软件,建立隧道—边坡三维数值计算模型,研究隧道洞口段爆破开挖对两侧高边坡安全性的影响,并分析砂浆锚杆对边坡的加固效果。结果表明:隧道洞口段爆破开挖施工时边坡坡脚处围岩振速最大,爆破对边坡水平振速影响较竖向振速及轴向振速更为显著,爆破时应控制坡脚及坡肩的水平振速;边坡坡面最大振速出现在洞口边坡坡面与仰坡坡面交线位置,边坡坡面与仰坡坡面交线上顶点为坡肩振速最危险的特征点,下端点为坡面振速最危险的特征点;增加锚杆长度对边坡水平位移的控制效果较竖向位移更为显著,锚杆长度宜取14 m。研究结果可为类似工程提供理论借鉴。     

下穿铁路隧道爆破振动分析及控制方法研究*

为了系统研究下穿铁路隧道的爆破振动响应规律及安全控制方法,通过现场实测及数值模拟方法展开分析。首先,根据实测结果得到可以反映爆破振动速度分布特征的回归模型,并基于此得出隧道爆破施工允许的最大单响药量值;其次,采用FLAC3D平台建立三维数值模型,通过现场实验结果对模型的可靠性进行校核;根据数值模拟结果,得到适用于下穿隧道控制爆破施工的安全距离的建议值。研究结果表明:隧道空洞效应对爆破振动传播规律存在一定影响,研究结果可为类似的下穿隧道爆破施工提供1种新的控制方法及控制思路。     

自锁式管道内封堵装置结构与封堵性能分析

为了改进现有囊式带压封堵技术的防滑动效果差的缺点,提出了1种利用连杆机构与螺纹自锁实施止动的自锁式管道内封堵装置。探讨这种自锁式封堵与传统封堵的结构与性能,分别建立了波纹封堵气囊模型和光滑封堵气囊模型,并通过有限元仿真及实验分析,得出2种封堵气囊在0~0.35 MPa的充压条件下实施封堵的不同效应。结果表明:波纹封堵气囊的封堵压力比传统光滑封堵气囊的封堵压力高出约0.5 MPa,大大提升了管道内封堵装置的封堵能力,并且波纹气囊的形变主要分散在波纹中间,有利于缓解集中形变对气囊的破坏作用,最终提高了封堵实施的稳定性。该装置结构的性能分析可为应急救援装备的研制提供参考依据。     

预应力RC梁抗火性能试验研究与有限元分析

为了考察预应力钢绞线张拉控制应力和梁的持荷水平两个因素对无粘结预应力混凝土梁抗火性能的影响,基于 ISO834标准升温曲线,对4根无粘结预应力混凝土梁进行恒载升温试验,同时应用ANSYS有限元软件建立无粘结预应力混 凝土梁有限元模型,进行恒载升温过程的有限元数值模拟。结果表明:有限元计算结果与试验结果符合较好;预应力钢 绞线张拉控制应力越大,预应力损失速度越快,梁变形速率越快,耐火性能越差;梁上作用荷载水平越高,跨中挠度越 大,变形速率越快,耐火极限越小。