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冲击波作用下墙体材料动态响应数值模拟研究

王嘉冰  
【摘要】:近年来我国工业发展迅速,工业生产安全的预防和管理已成为国家关注的焦点,由于生产企业覆盖的行业类别极其广泛,其中的安全隐患巨大,而最常见、后果最严重的事故类型即为爆炸。爆炸事故的影响范围极广,可能造成的损失和伤亡无法预计,且爆炸发生后建筑墙体的坍塌可能成为对厂内人员和设备设施造成二次重大伤害的直接来源。因此根据企业生产类型和厂房存储物品的火灾、爆炸危险性,在满足《建筑设计防火规范》对防火距离要求的基础上,在企业的经济能力范围内,在厂房的设计阶段尽量增大抗爆距离,通过提高企业厂房墙体的抗爆性能来降低甚至避免事故发生后的二次伤害成为重中之重。目前国内外已有的研究成果,多为分析单一有限元软件对单一材料的建筑结构在爆炸荷载下的动力响应问题,或者对比分析多种有限元软件对同一材料的建筑墙体在爆炸荷载下的动力响应。本文利用ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件,分别对两种爆炸情景、三种墙体材料在爆炸荷载下的动力响应与破坏特征进行以下相关研究:1.通过对单面墙体在爆炸荷载下的动力响应分析与破坏结果观察,分析三种材料墙体上的应力分布规律、超压-时程变化曲线与压力变化曲线的整体变化规律及影响其变化规律的主要因素。2.通过对厂房在爆炸荷载作用下的动力响应分析与破坏结果观察,得出三种厂房在爆炸全过程的应力分布情况、超压-时程曲线与压力变化曲线的变化规律,并将分析结果与1中结论进行对比,验证本次数值模拟的可靠性。3.结合两种模拟情景总结出爆炸过程影响建筑墙体破坏性的主要因素,并对发生脆性断裂的结构粒子进行位移分析,分析爆炸后飞射的破碎结构是否会对厂内人员和设备产生二次伤害。4.将本次数值模拟分析的结果应用于生产企业厂房和仓库的抗爆性设计中,帮助企业使用较低成本达到最大安全性,将爆炸事故可能带来的危害与伤亡降到最低,保障工业生产安全。本文通过对三种材料的厂房墙体在爆炸荷载作用下的破坏性进行数值模拟分析,得到冲击波自身的反射、绕射作用;墙体间对冲击波的反射作用;结构粒子间的相互作用;爆炸源到墙体的距离等因素对三类材料墙体在爆炸荷载下的破坏性影响,为工业生产中的抗爆设计与研究提供参考。


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