EPS混凝土对隧道抗爆性能影响的数值模拟

摘要

EPS混凝土是含有发泡聚苯乙烯(简称:EPS)颗粒的轻质多孔混凝土。由于EPS颗粒具有的多孔结构、低密度、低弹性模量等特点,用其制备的EPS混凝土可以降低结构的自重,其声速、波速以及声阻抗或波阻抗远小于普通混凝土,因而可以有效地反射大部分爆炸波载荷,减缓应力波的传播速度,减弱应力波的强度,同时结构本身的自震周期长,对冲击波能量的吸收快,抗爆效果非常显著。本文采用LS-DYNA动力分析程序对强爆炸载荷作用下隧道结构进行了数值模拟,研究EPS混凝土缓冲吸能层对隧道内部衬砌结构的保护作用。研究结果表明EPS混凝土能够很好的反射、吸收爆炸应力波能量。模拟结果表明:1、同种EPS粒径,不同含量的情况下,隧道内部衬砌拱顶、拱腰处压强和最大主应力的峰值均随混凝土中EPS含量的增大而减小,压强的峰值衰减指数随混凝土中EPS含量的增大而增大。EPS含量越高,缓冲层吸能特性越强;2、同种EPS含量,不同粒径的情况下,隧道内部衬砌拱顶、拱腰处压强和最大主应力的峰值均随混凝土中EPS颗粒的增大而增大,压强的峰值衰减指数随混凝土中EPS颗粒的增大而减小。EPS颗粒越小,缓冲层吸能特性越强;3、同种EPS含量,同种粒径的情况下,炸药位置不同时,EPS混凝土缓冲层同样对隧道衬砌有保护作用。隧道内部衬砌拱顶、拱腰处压强和最大主应力的峰值均随炸药位置的远离而减小,衰减的幅度同样随炸药位置的远离而减小。

目录

封面

声明

致谢

中文摘要

英文摘要

目录

插图清单

表格清单

第一章 绪 论

1.1 概述

1.2 EPS混凝土力学性能研究的意义

1.3 EPS混凝土力学性能的研究现状

1.4 数值模拟的意义

1.5 本文工作的主要内容

第二章 LS-DYNA算法介绍

2.1 LS-DYNA主要算法介绍

2.2 ALE算法的特点和理论基础

2.3 本章工作小结

第三章 材料模型选择

3.1 EPS材料模型选择

3.2 混凝土材料模型的选择

3.3 炸药模型的选择

3.4 土壤和岩石模型的选择

3.5 本章工作小结

第四章 数值模拟类型设置

4.1 ANSYS/LS-DYNA软件用途

4.2 单元类型和接触类型的选择

4.3 本章工作小结

第五章 无反射边界和网格大小的确定

5.1 无反射边界的确定

5.2 网格大小的确定

5.3 本章工作小结

第六章 数值模拟结果分析

6.1 数值模拟结果数据采集方法

6.2 EPS混凝土抗爆性能有限元模拟结果

第七章 全文工作总结与展望

7.1 全文主要工作总结

7.2 EPS混凝土抗爆性能数值模拟结论

7.3 今后工作展望

参考文献