模块化建筑结构在内爆荷载作用下的破坏规律研究
本文选题:模块化 + 集装箱建筑 ; 参考:《西南科技大学》2017年硕士论文
【摘要】:工业化模块式建造是我国建筑业转型和发展的方向。集装箱建筑是一种预制装配化程度较高的工业化建筑,它以现场装配方便、施工速度快、节能减耗、成本低的优势成为工业化模块式建造发展热点。进入21世纪以来,意外爆炸事故频繁发生,造成大量人员伤亡和财产损失,建筑物防爆炸灾害愈为重要。模块化建筑作为新型建筑结构,越来越多的应用在工业和民用建筑当中,爆炸冲击荷载不可避免的会作用在该类结构上,而它的结构形式又区别于传统的钢筋混凝土框架结构,因此对爆炸荷载作用下集装箱建筑结构的动力响应及毁伤特性的研究很有必要。本文主要利用LS-DYNA软件,采用流固耦合算法对集装箱建筑结构在内部爆炸载荷作用下破坏规律进行了研究,主要研究内容和成果包括以下几个方面:(1)采用实体单元和壳单元两种建模方式分别对方形钢板在爆炸荷载作用下的动力响应进行了数值模拟,分析两种建模方式下计算结果的差异性,并和已有的试验数据作对比,以此验证几何模型建立的准确性和材料参数、材料模型等选择的合理性。(2)建立单个集装箱的三维数值模型,分析了不同因素对集装箱破坏效果的影响,并对两种建模方式的计算结果进行对比分析,研究表明:随着药量的增加,集装箱的破坏加剧,主要表现在箱体外壁的翘曲和角隅处的撕裂,当药量继续增大,箱体壁面发生十字形破洞;箱体壁厚大小对箱体的变形也有一定影响,壁厚越大,箱体挠度越小;箱体的约束情况不同,壁面中心处的位移也会随着发生变化。与此同时分别对比不同工况下两种建模方式的计算结果,总体来看,采用实体单元和壳单元对计算结果影响不大,且采用壳单元能够大大减少单元数目,提高50%的计算效率。(3)采用壳单元建立九个集装箱拼接组成的整体结构,模拟了集装箱建筑结构在内爆荷载作用下的变形和破坏过程,对结构的毁伤特点以及破坏机理进行了分析,并进行了不同TNT当量的模拟,分析了各种工况下箱体的毁伤机理,并得到了各毁伤效果图。最后,对全文所做的工作进行了归纳总结并提出本文创新之处,以及对下一步的工作进行了展望。
[Abstract]:Industrial modular construction is the direction of the transformation and development of China's construction industry. Container building is a kind of industrial building with high prefabrication and assembly degree. It has become a hot spot in the development of industrial modular construction with the advantages of convenient field assembly, fast construction speed, energy saving and low cost. Since the beginning of the 21st century, accidents have occurred frequently, resulting in a large number of casualties and property losses. It is more and more important for buildings to prevent explosion disasters. As a new type of building structure, modular building is more and more used in industrial and civil buildings. Explosion impact load will inevitably act on this kind of structure, and its structure form is different from the traditional reinforced concrete frame structure. Therefore, it is necessary to study the dynamic response and damage characteristics of container structure under explosion load. In this paper, the failure law of container building structure under the action of internal explosion load is studied by using LS-DYNA software and fluid-solid coupling algorithm. The main research contents and results include the following aspects: 1) numerical simulation of the dynamic response of square steel plate under explosion load is carried out by using two modeling methods: solid element and shell element, respectively. The difference of calculation results under the two modeling methods is analyzed and compared with the existing experimental data to verify the accuracy of the geometric model and the material parameters. The rationality of material model and so on. (2) the three-dimensional numerical model of a single container is established, the influence of different factors on the damage effect of container is analyzed, and the calculation results of the two modeling methods are compared and analyzed. The results show that: with the increase of the dosage, the damage of the container is aggravated, mainly in the warpage of the outer wall of the box and the tear in the corner. When the amount of the charge continues to increase, cross-shaped holes occur in the wall of the box; The greater the thickness of the box, the smaller the deflection of the box, and the different constraints of the box, the displacement at the center of the wall will change with the change of the deformation of the box. At the same time, the calculation results of two modeling methods under different working conditions are compared respectively. In general, the use of solid element and shell element has little effect on the calculation results, and the number of units can be greatly reduced by using shell element. The efficiency of calculation is improved by 50%. The shell element is used to establish the whole structure of nine containers, and the deformation and failure process of the container building structure under the action of implosion load is simulated. The damage characteristics and failure mechanism of the structure are analyzed, and the simulation of different TNT equivalent is carried out. The damage mechanism of the box under various working conditions is analyzed, and the damage effect diagrams are obtained. Finally, the work done in this paper is summarized, the innovation of this paper is put forward, and the future work is prospected.
【学位授予单位】:西南科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TU312.3
【参考文献】
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,本文编号:1847944
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