内爆炸下K8型钢网壳的破坏模式与防爆方法研究

摘要

单层K8型球面钢网壳由于常作为大型公共建筑出现而备受恐怖分子关注，在当今社会恐怖爆炸袭击和工厂爆炸频发的大背景下，采用工程的手段对K8型钢网壳进行防爆已经成为广大学者的共识。本文首先采用本课题组进行的内爆炸实验来验证LS-DYNA数值模拟的准确性，在此基础上利用LS-DYNA建立了K8型球面钢网壳内爆炸下的数值模型，针对K8型球面钢网壳在发生内部爆炸时的冲击波超压、结构动力响应、泄爆阀值和破坏模式、爆炸后的倒塌进行了系统的研究，并得到了相应的结论和防爆建议，主要内容包括：
　　（1）比较并分析了本课题组进行的K6型球面网壳内爆炸试验数据与对应的LS-DYNA数值模拟数据之间的差异。结果揭示：
　　1）冲击波超压峰值和杆件应变峰值在实验和数值模拟上误差不大，吻合良好。
　　2）中心内爆炸时，实验和数值模拟均显示穹顶径向直杆和外圈径向斜杆与环杆的应变值较大。
　　3）合理的墙面开洞对网壳内部冲击波超压有一定释放作用，但对不同部位会产生不同的效果。
　　（2）在实验验证LS-DYNA数值模拟的准确性基础上，采取同样的方式建立了K8型球面网壳内爆炸下的数值模型，计算分析TNT量与连接构件抗拉刚度EA的变化对围护结构和主体结构破坏模式的影响，并将围护结构和主体结构的破坏模式进行分类，通过提取围护结构表面的冲击波压力值得到不同破坏模式下结构的泄爆阀值ΔPf。结果表明：TNT量一定时，围护结构破坏形态随EA的增大而变的严重，但超过某一值后，破坏形态将不再变化。EA=14.6×107N/m时，杆件的塑性应变值最小。
　　（3）将K8型球面钢网壳的数值模拟分为爆炸前、爆炸时、爆炸后三阶段，利用LS-DYNA Full Restart功能分别对三阶段进行模拟计算，并对爆炸后的主体结构进行加载，研究约束条件、炸药量、炸药位置改变时网壳的动力响应和倒塌模式，结果可归纳为：
　　1）约束点越少，网壳越易倒塌；
　　2）炸药偏心距越大网壳动力响应越大，偏心距为15m时，网壳的倒塌从两个对称方向的外圈杆件开始；随炸药量的增大网壳炸后损伤变大，倒塌越易发生。
　　3）建立了基于三阶段分析的K8型球面网壳内爆炸下的防爆方法研究系统，可为此类内爆炸问题提供防爆方法建议和研究思路。

目录

声明

第 1 章 绪 论

1.1 研究的背景和意义

1.2 国内外的研究现状

1.3 本文的主要研究内容和方法

第2章 内爆炸下单层K6型钢网壳的实验值与LS-DYNA模拟值比较

2.1 引言

2.2 实验值介绍

2.3 工况Ⅰ时结构的内部超压与应变

2.4 工况Ⅱ时结构的内部超压与应变

2.5 工况Ⅲ时结构的内部超压与应变

2.6 三种工况的超压ΔP与杆件应变ε对比分析

2.7 本章小结

第3章 单层K8型钢网壳内爆炸下的泄爆阀值

3.1 引言

3.2 单层K8型钢网壳内爆炸下有限元模型的建立

3.3 泄爆阀值概念的提出

3.4 单层K8型钢网壳的动力响应与破坏模式的分类

3.5 破坏模式与相应的泄爆阀值

3.6 本章小结

第4章 单层K8型钢网壳内爆炸下的倒塌模式与防爆方法

4.1 引言

4.2 LS-DYNA重启动方法和加载方式介绍

4.3 内爆炸下K8型钢网壳的倒塌指标

4.4 约束条件对K8型钢网壳的动力响应与倒塌模式的影响

4.5 炸药位置对K8型钢网壳的动力响应与倒塌模式的影响

4.6 TNT炸药量对K8型钢网壳的动力响应与倒塌模式的影响

4.7 单层K8型钢网壳内爆炸下的防爆方法

4.8 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 本文的不足与展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果