砖砌墙体爆炸效应的数值模拟

摘要

爆炸是一种在短时间内能量大量的释放过程。一旦发生爆炸事故,就会产生巨大的破坏作用。由于恐怖袭击、偶然燃气或化工爆炸等各种因素引起的爆炸事件层出不穷,建筑结构在爆炸荷载下的动态响应、破坏模式、损伤评估以及防爆抗爆措施等均成为各国工程人员关注的课题。
　　砌体结构在工程中应用广泛,虽然许多已被钢结构、混凝土结构所代替,但由于其美观、易于就地取材等优势在历史建筑中应用广泛,在中低层现有建筑、或作隔墙仍应用广泛。本文即针对爆炸荷载的影响因素、砖砌墙体的爆炸效应进行研究。主要研究工作如下:
　　(1)本文综述了爆炸冲击荷载的基本理论及影响因素,以及在爆炸荷载下砖砌墙体的研究现状。在文献提供的爆炸实验数据的基础上,对离散数据进行了拟合,得到了爆炸荷载下砖墙的壁面超压公式,并与TM5-1300的计算结果进行了比较。爆炸发生时影响结构破坏的指标主要有峰值超压、冲量及持续时间。作用于不同壁面上的峰值超压由于受爆炸因素的影响,因此其壁面峰值超压也不一样。美国TM5-1300给出了无限大刚性平面时的峰值超压,但由于实际结构不可能刚度无限大,各种材料性质也有差异,因此TM5-1300给出的结果与实际结果存在着一定差异。
　　(2)本文利用大型商业软件ANSYS/LS-DYNA针对砖砌墙体的爆炸效应、破坏模式进行了数值模拟,选择96号脆性损伤材料模型并根据试验确定了其材料参数。模拟结果与文献提供的实验数据结果较吻合。并根据规范分析了不同墙厚(120mm、240mm、370mm)及不同约束形式下(上端铰支、下端固支,两端固支)墙体的破坏形式,并根据所建立的损伤准则对墙体的破坏程度进行了评估,得到了墙体发生过度破坏的临界冲量。

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第一章 绪论

1.1课题的依据及意义

1.2课题研究的现状

1.3有限元分析的优点

1.4本文研究的内容

1.5本章小结

第二章 爆炸基本理论

2.1爆炸荷载的基本理论

2.2超压峰值经验公式

2.3作用于结构物爆炸荷载的简化

2.4结构模型的简化

2.5本章小结

第三章 影响爆炸荷载的参数分析

3.1影响爆炸荷载的主要参数

3.2爆炸相似理论与爆炸超压峰值公式的提出

3.3砖墙砌体壁面超压拟合公式

3.4 折合距离参数对爆炸荷载的影响分析

3.5本章小结

第四章 爆炸荷载下砖砌体结构的本构模型

4.1砌体在有限元中的模型

4.2砖墙砌体的本构关系及破坏准则

4.3数值分析中砖墙材料模型

4.4本章小结

第五章 爆炸荷载下砖墙砌体数值模拟

5.1有限元分析简介

5.2有限元LS-DYNA简介

5.3沙漏变形控制[61]

5.4砖墙有限元模型

5.5砖墙在爆炸下破坏形式理论分析

5.6爆炸荷载下砖砌体结构的损伤评估

5.7砖砌墙体爆炸响应有限元分析

5.8本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2存在的问题及展望

参考文献

致谢