爆炸冲击荷载作用下等边角钢构件抗爆性能研究

发布时间：2017-09-08 16:16

  本文关键词：爆炸冲击荷载作用下等边角钢构件抗爆性能研究

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【摘要】：近年来,世界各地因爆炸引起的事故频繁出现,爆炸产生的爆炸冲击波具有峰值高、作用时间短、衰减快三个特点,但其对人类和建筑结构的伤害极其严重。等边角钢构件因具有受力合理、承载力高、易于安装、运输方便等优势,在高压输电塔结构中作为主要构件得到了广泛应用,研究爆炸冲击荷载作用下等边角钢构件的抗爆性能具有重要的理论意义与工程实用价值。本文通过理论分析、试验研究和数值模拟研究的形式对爆炸过程中炸药与等边角钢构件之间的相互作用、等边角钢构件在爆炸冲击荷载作用下的动态响应及其影响因素、破坏形态等方面进行了系统研究,主要研究工作如下:(1)依据爆炸冲击波的基本理论,确定了9种工况下等边角钢构件静爆试验的试验方法。通过试验得到构件迎爆面顶部、中部、底部的超压时程曲线以及构件中部的变形形式,进一步了解爆炸冲击波的传播方式及等边角钢构件在爆炸冲击荷载作用下的受力特点。(2)进行爆炸冲击荷载与等边角钢构件相互作用的数值模拟。基于ALE流固耦合算法选取合适的材料模型及参数建立数值模型,通过与试验结果对比验证数值模拟方法的可靠性。将试验数据与数值模拟的结果相结合,得到了乳化炸药在比例距离0.7~1.6m/kg1/3下的超压峰值理论模型。(3)进行爆炸冲击荷载作用下等边角钢构件动态响应的数值模拟。研究比例距离、构件宽厚比及钢材屈服强度对构件动态响应的影响。(4)试验结果表明,随着构件宽厚比的增大,各测点的超压峰值均呈现出上升的趋势,构件中部的残余变形迅速增大;超压峰值呈现出在起爆点与构件等高处向构件两端递减的趋势;临近场爆炸时,构件呈现出局部屈曲的破坏形态。(5)参数分析结果表明,随着比例距离的减小,构件中部最大水平位移与残余变形迅速增大,当比例距离大于0.6 m/kg1/3时,爆炸冲击荷载对等边角钢构件中部位移很难造成影响;构件宽厚比大于10时,构件的破坏程度会明显提高;钢材屈服强度的提高一定程度上减小了构件中部最大水平位移和残余变形。
【关键词】：等边角钢 爆炸冲击荷载 宽厚比 超压 破坏形态
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU391;TM75
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 引言9-14
• 1.2 国内外研究现状及成果14-17
• 1.2.1 国外研究现状14-16
• 1.2.2 国内研究现状16-17
• 1.3 本文的主要研究目的及内容17-19
• 2 爆炸冲击波的基本理论19-33
• 2.1 引言19
• 2.2 爆炸基本理论19-21
• 2.2.1 爆炸的定义19-20
• 2.2.2 爆炸的基本形式与特点20-21
• 2.2.3 爆炸的问题类型21
• 2.3 爆炸冲击波21-26
• 2.3.1 爆炸冲击波的基本特征21-24
• 2.3.2 爆炸冲击波的反射24-25
• 2.3.3 爆炸冲击波的危害25-26
• 2.3.4 爆炸相似律理论与点爆炸理论26
• 2.4 爆炸冲击波超压峰值26-29
• 2.5 爆炸荷载作用下结构及材料的动力性能29-31
• 2.6 小结31-33
• 3 等边角钢构件静爆试验研究33-67
• 3.1 引言33
• 3.2 试验方案33-44
• 3.2.1 试验设计原理与目的33
• 3.2.2 试件设计与材料性能33-38
• 3.2.3 试验设备与数据采集38-39
• 3.2.4 试验工况与测点布置39-44
• 3.3 比例距离 0.7369m/kg~(1/3)静爆试验结果及分析44-54
• 3.3.1 试件损伤程度44
• 3.3.2 超压时程曲线44-53
• 3.3.3 加速度时程曲线53
• 3.3.4 试验结果分析53-54
• 3.4 比例距离 1.4560m/kg~(1/3)静爆试验结果及分析54-62
• 3.4.1 试件损伤程度54
• 3.4.2 超压时程曲线54-62
• 3.4.3 加速度时程曲线62
• 3.4.4 试验结果分析62
• 3.5 比例距离 0.1456m/kg~(1/3)静爆试验结果及分析62-64
• 3.6 小结64-67
• 4 等边角钢构件静爆数值模拟67-81
• 4.1 引言67
• 4.2 爆炸冲击荷载的数值模拟67-71
• 4.2.1 软件ANSYS/LS-DYNA简介67-68
• 4.2.2 爆炸计算方法68-69
• 4.2.3 材料模型69-70
• 4.2.4 计算模型70-71
• 4.3 爆炸冲击荷载数值模拟结果及验证71-79
• 4.3.1 爆炸冲击波的传播规律71-74
• 4.3.2 超压时程曲线的对比验证74-77
• 4.3.3 损伤程度的对比验证77-79
• 4.4 爆炸冲击波超压峰值模型79-80
• 4.5 小结80-81
• 5 冲击荷载作用下等边角钢构件动态响应研究81-93
• 5.1 引言81
• 5.2 等边角钢构件动态响应的数值模拟81-82
• 5.2.1 等效三角形冲击荷载81
• 5.2.2 有限元模型81-82
• 5.3 影响参数分析82-89
• 5.3.1 比例距离的影响82-84
• 5.3.2 构件宽厚比的影响84-86
• 5.3.3 钢材屈服强度的影响86-89
• 5.4 等边角钢构件的破坏形态89-91
• 5.5 小结91-93
• 6 结论与展望93-95
• 6.1 主要结论93-94
• 6.2 进一步展望94-95
• 致谢95-97
• 参考文献97-100

【参考文献】

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本文编号：815017