一种冲击波作用下结构毁伤算法研究

周朗 徐春光

周朗, 徐春光. 一种冲击波作用下结构毁伤算法研究[J]. 爆炸与冲击, 2022, 42(10): 104201. doi: 10.11883/bzycj-2021-0415
引用本文: 周朗, 徐春光. 一种冲击波作用下结构毁伤算法研究[J]. 爆炸与冲击, 2022, 42(10): 104201. doi: 10.11883/bzycj-2021-0415
ZHOU Lang, XU Chunguang. An algorithm for building structural damage under the effect of shock wave[J]. Explosion And Shock Waves, 2022, 42(10): 104201. doi: 10.11883/bzycj-2021-0415
Citation: ZHOU Lang, XU Chunguang. An algorithm for building structural damage under the effect of shock wave[J]. Explosion And Shock Waves, 2022, 42(10): 104201. doi: 10.11883/bzycj-2021-0415

一种冲击波作用下结构毁伤算法研究

doi: 10.11883/bzycj-2021-0415
详细信息
    作者简介:

    周 朗(1997- ),男,硕士研究生,zhoulang5@mail2.sysu.edu.cn

    通讯作者:

    徐春光(1977- ),男,博士,副教授,xuchg5@mail.sysu.edu.cn

  • 中图分类号: O383.2

An algorithm for building structural damage under the effect of shock wave

  • 摘要: 针对爆炸冲击波与建筑物结构相互作用过程,分析了冲击波与结构碎块作用机理,发展了一种能够模拟建筑物结构破坏及冲击波传播过程的计算模型和方法。采用建筑物结构工程毁伤载荷作为判据,处理结构在冲击波作用下的破坏问题;利用流固耦合界面算法处理结构运动引起的泄压效应,利用“虚拟网格通气技术”处理结构碎块对冲击波的阻碍作用,模拟了冲击波作用下典型建筑物的毁伤过程及冲击波传播过程。结果表明,该模型在模拟冲击波与结构的作用过程中,压力计算结果与非结构动网格模拟结果符合较好;在典型建筑物毁伤过程的数值模拟中,计算得到的建筑物毁伤效果和冲击波超压分布与建筑物物理毁伤特点符合。
  • 图  1  建筑物墙体简化模型

    Figure  1.  Model of a simplified building wall

    图  2  冲击波推动结构飞散计算模型

    Figure  2.  Computational model of shock wave driven structural dispersion

    图  3  压力等值线图

    Figure  3.  Pressure contour diagrams

    图  4  冲击波传播示意图

    Figure  4.  Schematic of shock wave propagation

    图  5  网格位置不变情况下泄压作用模拟示意图

    Figure  5.  Schematic of pressure relief simulation with constant grid position

    图  6  虚拟网格透气技术原理图[1]

    Figure  6.  Schematic of virtual mesh ventilation technique[1]

    图  7  壅塞效应模拟示意图

    Figure  7.  Schematic of choking effect

    图  8  虚拟透气计算模型

    Figure  8.  Computational model of virtual ventilation

    图  9  坐标定义

    Figure  9.  Coordinate definition

    图  10  两种模型在100 MPa条件下的监测点压力变化(算例1和5)

    Figure  10.  Monitoring point pressure changes under two computational models at 100 MPa (examples 1 and 5)

    图  11  两种模型在50 MPa条件下的监测点压力变化(算例2和6)

    Figure  11.  Monitoring point pressure changes under two computational models at 50 MPa (examples 2 and 6)

    图  12  两种模型在100 MPa条件下的监测点压力变化(算例3和7)

    Figure  12.  Monitoring point pressure changes under two computational models at 100 MPa (examples 3 and 7)

    图  13  两种模型在100 MPa条件下的监测点压力变化(算例4和8)

    Figure  13.  Monitoring point pressure changes under two computational model at 100 MPa (examples 4 and 8)

    图  14  建筑物计算模型

    Figure  14.  Computational model of building

    图  15  建筑物毁伤计算结果

    Figure  15.  Calculation of building damage

    图  16  爆炸流场超压云图

    Figure  16.  Explosion field overpressure nephogram

    图  17  爆炸房间406超压计算结果

    Figure  17.  Blast room 406 overpressure calculations

    表  1  算例参数设置

    Table  1.   Example parameter setting

    模型算例高压气团
    压力/MPa
    高压气团
    半径/m
    高压气团中心
    坐标/m
    111000.5(1, 0, 0)
    2 500.5(1, 0, 0)
    31000.5(1, −1, 0)
    41000.5(1, 0, 1)
    251000.5(1, 0, 0)
    6 500.5(1, 0, 0)
    71000.5(1, −1, 0)
    81000.5(1, 0, 1)
    注:高压气团中心坐标为相对于堵块中心的坐标
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    表  2  监测点超压经验公式计算结果

    Table  2.   The numerical calculation results of shock wave overpressure under different monitoring point

    监测点位置与爆心距离/m超压值/MPa
    左侧墙壁中心2.726.6
    右侧墙壁中心3.117.5
    下楼板中心2.239.6
    走廊隔墙中心2.533.7
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-09-30
  • 修回日期:  2022-01-08
  • 网络出版日期:  2022-09-13
  • 刊出日期:  2022-10-31

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