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《国防科学技术大学》 2011年
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钢箱梁爆炸冲击局部破坏数值模拟研究

朱新明  
【摘要】:鉴于大型桥梁遭受恐怖爆炸袭击的潜在风险和桥梁结构抗爆研究的严重不足,本文采用数值模拟方法,研究了大跨度缆索支承桥梁钢箱梁的汽车炸弹爆炸冲击响应,着重分析了汽车炸弹桥面爆炸钢箱梁局部破坏机理。本文的主要工作和创新性成果如下: (1)运用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元软件,基于ALE多物质流固耦合算法,对金属薄板、加筋板和钢管爆炸实验进行了数值模拟,模拟结果与实验吻合较好。分析了实体单元与薄壳单元及其网格密度对钢箱爆炸冲击响应的影响,确定了合理的网格密度范围。 (2)分析了冲击波对水平放置靶板的绕流及其对靶板响应的影响,表明比例距离及构件尺寸均较小时,需考虑绕流的影响。分析了两种焊缝计算模型(加筋与母板之间固结模型,角焊缝模型)对加筋板爆炸冲击响应的影响,表明焊缝模型对加筋板失效模式Ⅰ的变形过程以及失效模式ⅡS的起裂与破口过程影响较小:失效模式Ⅰ中最终挠度相差小于6%,失效模式ⅡS的起裂装药量相差小于4%。 (3)考虑小轿车和小客车汽车炸弹(TNT当量100kg~500kg)在跨中桥面三种典型位置爆炸,采用ALE流固耦合算法,通过大量数值模拟,深入分析了钢箱梁的爆炸冲击响应过程、破坏模式、破坏参数及其主要影响因素。结果表明:钢箱梁局部爆炸冲击响应过程可分为桥面板破口、冲击波箱体内传播和桥面板破片作用于底板、隔板及腹板三个阶段;钢箱梁主要发生“顶板开裂破口,其他构件未开裂”和“顶板与底板均开裂破口”两种破坏模式;顶板受近距离爆炸冲击波作用开裂破口,隔板及加劲肋对其破口有明显约束作用,隔板受冲击波作用产生弯曲变形,底板主要受破片冲击作用产生局部大变形、开裂或破口;顶板破口尺寸及纵隔板变形受爆炸位置影响显著,底板破口尺寸及横隔板变形受爆炸当量影响显著。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:U448.213;U441

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【参考文献】
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