基于LS-DYNA进行薄壁筒状结构物的爆破倒塌模拟研究

摘要

薄壁筒状结构物是一种特殊的结构，其结构壁厚远远小于其底面截面半径，结构整体高宽比很小且围成结构的墙体延高度方向不是直线，拆除这类结构物尚没有统一的理论。本文结合滕州市新源热电厂的4＃冷却塔的爆破拆除实例，利用数值模拟技术对薄壁筒状结构物爆破拆除倒塌过程进行了探索和研究。
　　由于目前基于薄壁筒状结构的拆除设计多来自于传统高耸结构拆除的成功经验，因此首先回顾了传统结构的倒塌原理，在此基础上，通过对比两种结构不同的结构特征，结合从现场录像中归纳总结出的倒塌特点，提出了专门针对薄壁筒状结构物的倒塌原理：
　　（1）结构整体有明显下坐运动，塔壁容易受到破坏继而产生变形扭转；
　　（2）结构在爆破切口触地以后，由于塔壁是曲线型的，不能形成合理的受力状态，将加速塔壁的破坏；
　　（3）结构整体庞大，受惯性理论的影响，会造成塔壁的拉伸和挤压破坏；
　　（4）倒塌运动前期类似传统的转动倾倒，后期更类似自由坍塌。
　　爆破工程具有不可重复性的特点，这对研究造成了很大的不便。数值模拟技术的引入很好的解决了这个问题。有限元数值计算软件ANSYS/LS-DYNA提供的大变形动力分析非常适合用来进行拆除爆破工程的模拟研究。本文抓住问题的主要因素，建立了合理的数值模型，借助于重启动分析，较好得模拟了冷却塔从爆破口形成至完全倒塌的全过程。通过和现实工程的对比，对前面提出的薄壁筒状结构倒塌原理进行了验证，并取得了大量应力应变的变化数据。
　　薄壁筒状结构的倒塌过程是一个非常复杂的过程，传统研究方法存在很多的局限性，本文借助于数值模拟技术进行研究是一次积极的尝试。随着技术的发展和完善，数值模拟技术在拆除爆破领域将发挥越来越大的作用。

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Contents

1 绪论

1.1 课题的提出及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容和方法

2 薄壁筒状结构物的倒塌原理研究

2.1 传统结构的爆破拆除和倒塌原理

2.2 薄壁筒状结构物的结构特点

2.3 薄筒状结构物的倒塌原理

2.4 本章小结

3 有限元大变形理论和ANSYS/LS-DYNA程序

3.1 有限元大变形理论

3.2 LS-DYNA程序

3.3 LS-DYNA在爆炸（爆破）问题上的应用

3.4 本章小结

4 薄壁筒状结构物倒塌的数值模拟

4.1 问题的简化

4.2 计算模型的建立思想

4.3 单元类型和材料模型的选择

4.4 模拟过程

4.5 数值模拟结果对比分析

4.6 本章小结

5 总结与展望

5.1 主要研究成果

5.2 存在的不足

5.3 后续工作展望

5.4 结语

致谢

攻读硕士学位期间发表论文及参加科研情况

参考文献