柱面网壳结构在内爆炸下的失效机理和防爆方法

摘要

柱面网壳结构由于跨度大、刚度好等优点被广泛应用于大型公用建筑中，但此类建筑因内部人流量大，极易成为恐怖爆炸袭击的目标，柱面网壳网壳结构的抗爆防爆研究是非常必要的。本文使用数值模拟方法，采用由试验测定的钢材动态本构关系，建立内爆炸下柱面网壳的数值模型，对内爆炸下柱面网壳结构的动力响应、失效准则、失效模式及机理等进行了研究，并提出了相应的防爆设计方法。具体内容主要包括： （1）应用霍普金森杆试验技术对Q235、Q345钢的动态力学性能和断裂性能进行了研究，结果表明：Q235、Q345钢存在较为明显的应变率强化效应，高应变率作用下两种钢材的屈服强度较低应变率时具有明显的提升；随应力三轴度的增大，钢材失效应变逐渐减小，随应变率增大，钢材失效应变也逐渐增大。 （2）通过LS-DYNA显式动力学软件建立考虑材料应变率效应的内爆炸柱面网壳结构有限元模型，对比分析了选取不同本构关系及是否考虑重力作用对柱面网壳在内爆炸下动力响应的影响；以围护结构连接刚度、屋面荷载、矢跨比、长跨比为参数，对柱面网壳的动力响应进行了参数分析，结果表明：结构的动力响应程度随连接刚度的增大而增大；过大的屋面荷载不利于结构的抗爆；长跨比越大，网壳结构的动力响应越剧烈；随矢跨比增大，网壳的动力响应程度随之减小。 （3）建立了以损伤模型为基础的失效判定准则，在此基础上扩大参数分析，总结了内爆炸下柱面网壳的三种失效模式：围护结构泄爆破坏、网壳大变形破坏、网壳塌陷破坏；对失效模式随参数变化的分布规律进行研究，根据失效模式随最大重力势能的变化情况，解释了网壳产生塌陷破坏的原因；提出了适用于内爆炸下柱面网壳结构的损伤评估方法，绘制了损伤等值曲线，可供工程防爆设计参考。 （4）以失效机理研究成果为基础，对内爆炸下柱面网壳结构的防爆设计方法进行探讨，结论认为减小围护结构连接刚度和增加主体结构的安全系数可以有效提高结构的防爆能力；结合结构内爆炸问题的特点，以结构损伤为基础，提出适合于内爆炸下柱面网壳结构的防爆设计方法。

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第1章 绪 论

1.1 研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容和方法

第2章 Q235、Q345钢在冲击作用下的材料性能试验

2.1 引言

2.2 Q235、Q345钢动态本构关系试验

2.3 Q235、Q345钢动态断裂性能试验

2.3 Johnson-Cook材料模型的参数标定

2.4 本章小结

第3章 柱面网壳结构在内爆炸下的动力响应及参数分析

3.1 引言

3.2 柱面网壳内爆炸数值模型的建立

3.3 本构模型及重力作用对内爆炸下柱面网壳动力响应的影响

3.4 内爆炸作用下柱面网壳结构动力响应参数分析

3.5 本章小结

第4章 柱面网壳在内爆炸下的失效机理及损伤评估方法

4.1 引言

4.2 内爆炸作用下柱面网壳结构的失效准则

4.3 内爆炸下柱面网壳的失效模式

4.4 内爆炸下柱面网壳结构的损伤评估方法

4.5 本章小结

第5章 内爆炸下柱面网壳结构的防爆设计方法

5.1 引言

5.2 内爆炸下柱面网壳结构防爆设计的难点

5.3 基于损伤模型的内爆炸柱面网壳结构防爆方法

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 本文的不足及展望

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