爆炸冲击波对玻璃幕墙破坏作用的多物质ALE有限元模拟.pdf

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爆炸冲击波对玻璃幕墙破坏作用的多物质邢拊DD狻邓荣兵鹣攘’峻蚪ㄆ,陈向东引言高压物理学报摘要:应用允匠绦颍诙辔镏实腁有限元法,利用罚函数实现了爆炸冲击波与玻璃幕墙结构间的耦合作用,重现了玻璃幕墙防爆炸实验中爆炸荷载的产生及其与玻璃幕墙相互作用的三维动态过程。研究了爆炸冲击波作用下幕墙结构的动态响应行为,分析了幕墙内外层玻璃的破坏情况。研究表明,数值模拟结果与实验结果一致,这为玻璃幕墙的抗爆设计及改进提供了重要的参考依据。关键词:爆炸力学;玻璃幕墙;椒ǎ皇的D玻璃幕墙在高层建筑中得到了广泛应用。近年来,针对世界各地高层标志性建筑的恐怖活动频繁发生,建筑物的抗爆炸性能日益受到关注。玻璃幕墙作为建筑物外围护结构,其抵抗爆炸冲击波破坏的防护能力直接关系到整个建筑物的安全性,是建筑抗爆炸设计首先要考虑的问题由于爆炸冲击波具有传播速度快、峰值大、作用时间短等特点,使得爆炸冲击荷载作用下玻璃幕墙结构的动力响应十分复杂。国内外对于玻璃幕墙的研究主要集中在抗风和抗震领域,对于爆炸荷载下建筑幕墙的响应及破坏机制,近年来逐步取得进展。畐等人ūê稍丶蚧>季苍兀直鹪用经典的板壳小挠度、大挠度理论和有限元方法求解了冲击波作用下矩形夹层玻璃的响应。甖人孟允饺砑嗀治隽硕胁悴AО逶诒ê稍叵碌氖Ш推苹敌形!.甒等学者“ūê稍匾跃嫉娜切温龀搴稍匦问绞┘釉诓A姘蹇堑ピI希孕⌒驼ㄒ┍ê稍刈用下的夹层玻璃幕墙进行了研究。上述研究中爆炸荷载均简化成节点力直接施加到玻璃面板上,没有考虑爆炸荷载与结构物的耦合作用。特别是当幕墙玻璃为中空玻璃时,无法通过直接加载的方式分析爆炸冲击波和玻璃板块间的气体层对玻璃的共同作用。另一方面,建筑幕墙的分析模型多局限于玻璃面板,不能准确地描述实际情况中爆炸波对整个玻璃幕墙结构物的冲击破坏作用。在这种背景下,本研究基于某玻璃幕墙防爆炸实验,建立了爆炸冲击波作用于玻璃幕墙的整体精细有限元分析模型,其中炸药和空气采用多物质—,上海;虾=煌ù笱Щ迪低秤胝穸抑氐闶笛槭遥虾6ńㄖ杓蒲芯吭河邢薰荆虾中图分类号:.文献标识码:基金项目腋呒际跹芯糠⒄辜苹苹;国家自然科学基金作者简介:邓荣兵,女,博士研究生,:金先龙,男,博士,教授,博士生导师,:一——·收稿日期:——;修回日期::甧.:
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鲁一币唤衖軎鲁猵芸鲁飞玑,—,、动量和能量守恒方程几何模型有限元模型构采用拉格朗日描述,通过罚函数法实现爆炸冲击波与结构间的耦合作用,结合显式动力学软件轉芯坎A磺皆诒ǔ寤鞑ㄗ饔孟碌钠苹登榭觯⒂胧笛榻峁卸员妊橹ぁ椒ㄊ窃诓牧嫌蚝涂占溆蛲庖氩慰加颍诓慰纪裆辖锌刂品匠痰那蠼狻K酆狭死朗日方法与欧拉方法的优点,既解决了拉格朗日方法下材料的严重变形,又克服了欧拉方法下移动边界引起的复杂性问题¨=饩霰ǔ寤鞑ㄓ虢峁沟南嗷プ饔梦侍馓峁┝私虾玫姆椒ā2⑶遥盇方法的网格固结在材料上时,椒ㄍ嘶@窭嗜辗椒ǎ欢蓖窆潭ㄔ诳占洳欢保珹方法退化为欧拉方法。式中:C芏龋,为物质速度,6粤魉俣龋ㄎ5ノ惶辶Γ晡?挛饔αφ帕浚珽为能量。椒ǚ治5ノ镏蔄方法和多物质椒ā6辔镏蔄方法容许在一个网格中包含多种物质材料,