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爆炸荷载作用下大型双曲线型壳体结构动力响应分析

朱正洋  
【摘要】:不同结构形式下的爆炸荷载分布形式以及结构在爆炸荷载作用下的动力响应一直是结构抗爆研究的重要课题。基于数值模拟,本文研究了双曲线型壳体结构在地面爆炸冲击波作用下的荷载分布规律。提出该类结构形式的爆炸荷载模型。将该荷载模型作为激励,以钢筋混凝土双曲冷却塔结构为算例,研究了其弹性动力响应。具体研究工作如下: 第一步,研究了地面爆炸冲击波与双曲线型壳体结构相互作用的模拟方法及作用于结构表面上爆炸荷载的预测方法。采用多物质欧拉与拉格朗日耦合算法,建立了不同比例距离下TNT炸药-结构耦合模型。通过参数分析,研究了结构表面爆炸荷载超压峰值沿环向和高度的分布规律,以及基本点反射超压峰值放大系数,并给出了拟合函数表达式。结果表明,结构背面(0°~90°区域)荷载超压峰值相比正面的超压峰值很小,在分析结构动力响应时可以忽略不计。荷载超压峰值沿环向及高度的分布与比例距离关系不明显,除环向局部分布需要用波形函数拟合外,其余部分均可以用线性函数拟合。基本点反射超压峰值放大系数与比例距离呈指数关系。结合已有的研究结论,提出了确定双曲线型壳体结构表面荷载的荷载模型。 第二步,将本文提出的荷载模型应用于钢筋混凝土冷却塔结构,计算该结构在爆炸荷载下的弹性动力响应。对结构的变形形态、位移和应力状响应进行了分析。对工程设计中所关心的薄弱位置和峰值响应进行了探讨。结果表明,强迫振动阶段结构局部响应占优,进入自由振动阶段,结构整体响应明显起来。仅考虑弹性的动力响应分析不能够准确描述结构在爆炸荷载下的反应特征,需要进一步研究其弹塑性状态下的动力响应。


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