地下管道爆炸对埋地管网的毁伤数值模拟

摘要

本文采用SPH-Lagrange耦合算法对埋地管网系统数值模拟计算，系统研究了埋地管网爆炸的毁伤效应，得到了在爆炸荷载作用下地下管道破坏的全过程和毁伤效应规律。该文的研究结果对建立地下管网的安全风险评估指标体系和确立安全防护规范具有重要的参考意义。研究内容及结论如下:
　　(1)模拟了地下管道在外部裸装炸药爆炸载荷作用下的毁伤效应，得到相应的累积损伤图、速度时程曲线和压力时程曲线。与文献中的数据进行对比，得到了SPH-Lagrange耦合算法具有可行性和计算的准确性。
　　(2)模拟了地下管道在管道内爆炸载荷作用下的毁伤效应，得到了在不同管壁厚度时高斯点的速度时程曲线和压力时程曲线。研究显示了管道壁厚对内部爆炸冲击波压力有加强的效果，另一方面，管道的破裂过程需要消耗能量。在相同炸药当量的条件下，得到了当管壁厚度小于18mm时，管壁毁伤程度增加，当管壁厚度大于18mm时，管壁毁伤程度降低。
　　(3)模拟了爆炸当量对管道在爆炸载荷作用下的毁伤效应，得到同一高斯点在四种不同炸药爆炸当量下的速度值和压力值，同时研究了在相同炸药爆炸当量工况下管道上不同高斯点的速度和压力值，得到了不同爆炸当量下管道的破坏区域和形态。
　　(4)建立了由两个平行管道组成的管网系统，研究了某一管道爆炸，对相邻管道的毁伤效应形态。研究表明，在相同炸药当量的工况下，两个管道间距越小，受影响管道面上毁伤效应越明显，毁伤范围也越大，得到了在一定爆炸当量条件下的毁伤阀值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景与研究意义

1．2 国内外关于本课题的研究现状

1．2．1 我国埋地管道的现状

1．2．2 埋地管道在爆炸荷载作用下的毁伤破坏机理

1．2．3 带壳炸药钢管的毁伤效应

1．3 本文的研究内容和研究方法

1．3．1 本文的研究内容

1．3．2 本文的研究方法

2 AUTODYN软件介绍与数值算法

2．1 AUTODYN软件介绍

2．1．1 AUTODYN软件功能

2．1．2 AUTODYN软件基本原理

2．2 AUTODYN软件数值算法

2．2．1 核估计

2．2．2 核函数的基本形式

2．2．3 SPH方法的控制方程

2．3 SPH-FEM耦合算法

2．3．1 SPH-FEM耦合算法分类

2．3．2 SPH-FEM耦合算法的处理方法

2．4 AUTODYN实际工程实例

3 模拟裸装炸药对埋地管道的毁伤效应

3．1 爆炸及其种类

3．2 爆炸能量与TNT当量换算

3．2．1 物理性爆炸能量估算

3．2．2 化学性爆炸能量估算

3．2．3 等效TNT当量换算

3．3 SPH-Lagrange耦合算法模拟埋地管道的爆炸毁伤效应

3．3．1 损伤效应

3．3．2 速度时程曲线分析

3．3．3 压力时程曲线分析

3．4 SPH-Lagrange耦合算法模拟计算与解析解计算对比

3．4．1 不同工况下管道的毁伤形态

3．4．2 埋地管道解析解计算方法

3．4．3 管道毁伤形态的对比

3．5 本章小结

4 模拟管道内爆炸对埋地管道的毁伤效应

4．1 数值模型和材料参数设置

4．2 管道内爆炸荷载作用下的毁伤效应

4．2．1 爆炸气体的运动规律

4．2．2 管道外壁在不同时刻的变化规律

4．2．3 管道失效与破片效应

4．3 不同管壁厚度的管道在爆炸荷载作用下的毁伤效应

4．4 设置不同爆炸源的管道在爆炸荷载作用下的毁伤效应

4．5 本章小结

5 模拟管道内爆炸对临近管道的毁伤效应

5．1 管网系统模型

5．2 两个管道相距1m工况下管网系统的毁伤研究

5．2．1 爆炸源管道面上高斯点压力和速度时程曲线图

5．2．2 相邻管道面上相距最远高斯点压力和速度时程曲线图

5．2．3 管网系统中两个相对高斯点压力和速度时程曲线图

5．2．4 相邻管道面上炸药范围内高斯点压力和速度时程曲线图

5．3 三种不同距离管道的管网系统毁伤效应对比

5．3．1 应力云图的对比分析

5．3．2 高斯点速度的对比分析

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献