大跨平屋盖结构内爆超压场的分布及简化

摘要

随着恐怖袭击的日益猖獗，对于民用建筑及公共建筑的抗爆研究任务越来越紧迫。在这些建筑设施中，堤坝、核电站、机场、大型体育场馆、超高层建筑等更容易成为恐怖袭击的首选目标，这些建筑往往承担着成千上万人民的生命财产安全以及心理安全，其失效危害也远远高于一般爆炸袭击。本文所研究的大跨度平屋盖结构作为一种十分常见的大跨度结构形式，被大量的应用于机场，仓库，展厅，厂房等重要的建筑中，对大跨度平屋盖结构进行抗爆研究，具有重要的理论意义和应用价值。
　　本文利用显式动力学有限元分析软件LS-DYNA，对大跨结构中一种最常见的几何形式—平屋盖结构在爆炸荷载下的压力场分布规律进行了研究。确定了利用LS-DYNA有限元分析软件所使用的参数设置，建立了相应的空爆模型对参数设置以及算法设置进行验证，同时验证了本论文使用的空气域单元网格尺寸使用的合理性。通过这些建模手段以及数值验证，确保了有限元模型数值分析结果的正确性。
　　对于本文的研究对象，30m×30m×15m大跨度平屋盖结构，建立了三种模型，分别为1/4模型、矩形1/2模型以及对角线1/2模型。通过改变炸药参数（炸药位置，炸药药量），对这三种模型进行计算分析，研究了冲击波在大跨平屋盖结构内部的传播规律，以及屋盖结构上的超压场分布规律，观察并总结了不同的炸药参数对于屋盖结构峰值超压场的影响规律。
　　本文提出了三种能良好地适用于大跨平屋盖结构峰值超压场模拟的方法，分别为分区模拟法、形函数插值法以及拟合公式法。对于这三种方法，分别讨论了其各自的使用方法以及误差。

目录

大跨平屋盖结构内爆超压场的分布及简化

DISTRIBUTION AND SIMPLIFIED SIMULATION OF PEAK OVERPRESSURE FIELD ON LARGE-SPAN FLAT ROOF STRUCTURE UNDER INNER-EXPLOSION

摘要

Abstract

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 基本理论简介

1.3.1 爆炸理论

1.3.2 LS-DYNA软件

1.4 研究内容

第2章 平屋盖结构建模方法及验证

2.1 引言

2.2 模型参数选择

2.2.1 算法选择

2.2.2 单元以及材料选择

2.2.3 建模方法

2.3 分析结果验证

2.3.1 空中爆炸模型建模过程

2.3.2 冲击波传播特性验证

2.3.3 峰值超压对比验证

2.3.4 空气单元网格尺寸验证

2.3.5 峰值超压时程验证

2.4 大跨度平屋盖结构建模

2.4.1 1/4模型建模

2.4.2 矩形1/2模型建模

2.4.3 对角线1/2模型建模

2.5 本章小结

第3章 平屋盖结构峰值超压场的特性及参数分析

3.1 引言

3.2 1/4模型中的计算及分析

3.2.1 三维应力云图

3.2.2 结构屋盖超压云图

3.2.3 单元超压时程图分析

3.2.4 结构屋盖平面内最大峰值超压

3.2.5 1/4模型参数分析

3.3 矩形1/2模型中的计算与分析

3.3.1 三维应力云图

3.3.2 结构屋盖超压云图

3.3.3 矩形1/2结构中心点单元超压时程

3.3.4 矩形1/2结构屋盖平面范围内最大峰值超压

3.3.5 矩形1/2模型参数分析

3.4 对角线1/2模型中的计算与分析

3.4.1 三维应力云图

3.4.2 结构屋盖超压云图

3.4.3 对角线1/2结构中心点单元超压时程

3.4.4 对角线1/2结构屋盖范围内最大峰值超压

3.4.5 对角线1/2模型参数分析

3.5 本章小结

第4章 平屋盖结构峰值超压场的简化模拟

4.1 引言

4.2 大跨度平屋盖结构超压分布场分区简化

4.2.1 简化思想

4.2.2 1/4模型峰值超压场的分区简化

4.2.3 矩形1/2模型峰值超压场的分区简化

4.2.4 对角线1/2模型峰值超压场的分区简化

4.3 形函数插值法

4.4 峰值超压场模拟的拟合公式

4.5 本章小结

结论

附录一 1/4模型分区简化系数表

附录二 矩形1/2模型分区简化系数表

附录三 对角线1/2模型分区简化系数表

参考文献

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致谢