空间长方体建筑结构抗爆与泄爆研究
发布时间：2021-01-16 09:04
近年来,我国工业厂房爆炸事故频繁发生,对人们的生命和财产安全构成严重威胁。众多工业厂房爆炸事故初期均发生在某一或两个易爆车间,随后由于爆炸车间的抗爆能力不足,易爆车间周围墙体倒塌,进而扩大了爆炸波及范围。因此,加强易爆车间的抗爆能力可降低爆炸对厂房的破坏程度。本文将基于AUTODYN对建筑长方体结构空间内爆炸作用下的流场分布和动力响应进行研究,并对泄爆口的作用和开设位置进行讨论,根据研究结果提出合理的抗爆措施。具体研究内容主要包括:（1）长方体刚性密闭空间内爆炸作用下流场分布研究:首先建立一个墙体与屋顶厚度均为200mm、长高均为6000mm的立方体空间（定义为刚性模型）,分析爆炸冲击波在内部的传播特性及结构表面压力场和冲量场分布规律;改变TNT当量、结构几何尺寸、屋顶起坡方式和炸药高度等参数,分析上述因素对结构表面压力场和冲量场分布规律的影响。（2）长方体密闭结构在内爆炸作用下动力响应及抗爆措施研究:将墙体和屋顶假设为弹塑性体（定义为弹塑性模型）,研究长方体密闭结构在内爆炸作用下等效应力响应、有效塑性应变响应和位移响应规律;然后,仅将一面受关注墙体假设为弹塑性体（定义为刚弹组合模型）...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型爆炸冲击波压力时程曲线
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3谓马赫反射是指入射角大于某一值时，入射冲击波与反射冲击波叠加在一起，形成了一个新的冲击波，即为马赫波[13-14]。当爆炸发生在密闭空间时，爆炸冲击波将发生多次的反射、叠加现象，冲击波压力峰值较自由场中也会有不同程度的升高，升高幅度与密闭空间的形状、尺寸等因素有关。图1-2自由场爆炸冲击波遇障碍物时不同反射情况国内外学者对爆炸冲击波在不同建筑结构内的传播规律进行了大量研究，并取得了丰硕的成果，其中主要包括：PeterDSmith和TimothyARose[15]通过研究爆炸荷载在建筑物中的传播规律指出：几何构造比较简单的结构可通过经验公式预测结构表面的爆炸荷载值，但对于构造比较复杂的街道或者是表面不平整的建筑物，采用经验公式不能准确地预测爆炸荷载，这时需要采用模拟软件进行计算才可得到较为准确的荷载值。美国DepartmentoftheArmyTechnicalManual的TM5-1300[16]手册针对多种材料及结构形式介绍了爆炸荷载下结构的设计方法，这些方法为爆炸荷载的计算以及结构防护方面的研究提供了参考依据。刘晶波等人[17]对炸药在坑道内爆炸与在自由大气中爆炸两种情况进行模拟分析，指出爆炸冲击波由于遇到障碍物会产生多次反射，势必会产生冲击波彼此叠加的现象，最终导致有限空间内爆炸产生的冲击波超压峰值与正压持时均大于自由大气中的，即有限空间内的冲击波对建筑结构的破坏力更强。解放军理工大学的钱七虎、陈剑杰等人[18]对密闭条件下内爆炸冲击波压力峰值的解析算法进行研究，提出了爆炸冲击波的压力和冲量计算公式，同时也对冲击波的正负压持时进行了计算。哈尔滨工业大学的马加路和王海峰[19-20]分别对大跨球面网壳结构和矩形平屋盖结构在爆炸冲击波作用下的超压分布进行了数值模拟研究，?
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文9本节将建立一个典型的弹塑性模型，并且将其命名为标准模型，在后续章节中，只要提到标准模型，即为本节建立的如下模型。首先建立一个边长为6000mm的正方体空气域part，采用欧拉单元，在空气域空间中心位置填充边长为200mm、当量为13.04kg的立方体形TNT炸药，空气材料模型采用ldealGas状态方程来描述，炸药材料模型采用JWJ状态方程来描述炸药爆轰区压力与体积的关系，并将空气域6个边界面的边界条件均设置为Flow-out，炸药与空气域网格均取为50mm。然后建立一个边长为6000mm的STEEL4340材料域part，采用Lagrange单元，并用unused功能在材料域内部抠除掉一个长方体，使得墙体和屋顶的厚度均为200mm，steel4340材料本构模型分别采用多段线塑性模型和Johnson-Cook模型。空气、TNT和STEEL4340材料模型具体取值如图2-1所示。模型如图2-2所示，为了使模型更清晰直观，图2-2仅展示了结构中的一面墙体。a)空气材料参数b)TNT材料参数c)STEEL4340材料参数图2-1材料参数设定示意图图2-2标准模型示意图
本文编号：2980535
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
典型爆炸冲击波压力时程曲线
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文3谓马赫反射是指入射角大于某一值时，入射冲击波与反射冲击波叠加在一起，形成了一个新的冲击波，即为马赫波[13-14]。当爆炸发生在密闭空间时，爆炸冲击波将发生多次的反射、叠加现象，冲击波压力峰值较自由场中也会有不同程度的升高，升高幅度与密闭空间的形状、尺寸等因素有关。图1-2自由场爆炸冲击波遇障碍物时不同反射情况国内外学者对爆炸冲击波在不同建筑结构内的传播规律进行了大量研究，并取得了丰硕的成果，其中主要包括：PeterDSmith和TimothyARose[15]通过研究爆炸荷载在建筑物中的传播规律指出：几何构造比较简单的结构可通过经验公式预测结构表面的爆炸荷载值，但对于构造比较复杂的街道或者是表面不平整的建筑物，采用经验公式不能准确地预测爆炸荷载，这时需要采用模拟软件进行计算才可得到较为准确的荷载值。美国DepartmentoftheArmyTechnicalManual的TM5-1300[16]手册针对多种材料及结构形式介绍了爆炸荷载下结构的设计方法，这些方法为爆炸荷载的计算以及结构防护方面的研究提供了参考依据。刘晶波等人[17]对炸药在坑道内爆炸与在自由大气中爆炸两种情况进行模拟分析，指出爆炸冲击波由于遇到障碍物会产生多次反射，势必会产生冲击波彼此叠加的现象，最终导致有限空间内爆炸产生的冲击波超压峰值与正压持时均大于自由大气中的，即有限空间内的冲击波对建筑结构的破坏力更强。解放军理工大学的钱七虎、陈剑杰等人[18]对密闭条件下内爆炸冲击波压力峰值的解析算法进行研究，提出了爆炸冲击波的压力和冲量计算公式，同时也对冲击波的正负压持时进行了计算。哈尔滨工业大学的马加路和王海峰[19-20]分别对大跨球面网壳结构和矩形平屋盖结构在爆炸冲击波作用下的超压分布进行了数值模拟研究，?
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文9本节将建立一个典型的弹塑性模型，并且将其命名为标准模型，在后续章节中，只要提到标准模型，即为本节建立的如下模型。首先建立一个边长为6000mm的正方体空气域part，采用欧拉单元，在空气域空间中心位置填充边长为200mm、当量为13.04kg的立方体形TNT炸药，空气材料模型采用ldealGas状态方程来描述，炸药材料模型采用JWJ状态方程来描述炸药爆轰区压力与体积的关系，并将空气域6个边界面的边界条件均设置为Flow-out，炸药与空气域网格均取为50mm。然后建立一个边长为6000mm的STEEL4340材料域part，采用Lagrange单元，并用unused功能在材料域内部抠除掉一个长方体，使得墙体和屋顶的厚度均为200mm，steel4340材料本构模型分别采用多段线塑性模型和Johnson-Cook模型。空气、TNT和STEEL4340材料模型具体取值如图2-1所示。模型如图2-2所示，为了使模型更清晰直观，图2-2仅展示了结构中的一面墙体。a)空气材料参数b)TNT材料参数c)STEEL4340材料参数图2-1材料参数设定示意图图2-2标准模型示意图
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