ISSN 2304-6600 (Online)
ISSN 1997-0935 (Print)



Проектирование и конструирование строительных систем. Строительная механика. Основания и фундаменты, подземные сооружения

Методы моделирования фронта воздушной ударной волны для расчета промышленного сооружения

  • Мкртычев Олег Вартанович - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
  • Савенков Антон Юрьевич - Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
DOI: 10.22227/1997-0935.2020.2.223-234
Страницы: 223-234
Введение. Рассмотрены существующие методы моделирования широкого фронта воздушной ударной волны (ВУВ) для решения задачи взаимодействия ударной волны с сооружением с использованием методов газодинамики. При решении задачи взаимодействия ВУВ с сооружением в динамической постановке установлено, что при моделировании широкого фронта дальнего взрыва с использованием точечных взрывов можно получить заниженное время действия ударной волны. Это влечет за собой занижение значений нагрузок на сооружение. Таким образом, полученные при этом нагрузки не соответствуют нагрузкам, на которые необходимо выполнять расчет промышленных сооружений, защищенных от ударной волны в соответствии с отечественными и международными нормативными документами. Для устранения этого недостатка предложен другой подход, заключающийся в задании нагрузки на расчетную область в виде графика давления с заданными параметрами избыточного давления и времени действия. Материалы и методы. Взаимодействие фронта ударной волны с сооружением производится с помощью численного моделирования в нелинейной динамической постановке с использованием методов газодинамики в программном комплексе LS-DYNA. Результаты. Выполнен анализ существующих методов формирования широкого фронта дальнего взрыва; анализ параметров ударной волны при формировании широкого фронта дальнего взрыва с помощью задания графика давления с заданными параметрами избыточного давления и времени воздействия. Выводы. Результат анализа методов численного моделирования взаимодействия широкого фронта воздушной ударной волны с сооружением показал, что моделирование источника взрыва в виде объемных элементов и моделирование ударной волны с помощью функции CONWEP в программном комплексе LS-DYNA имеет недостатки, которые не позволяют получить основные параметры ударной волны для дальнейшего их использования. Приведен метод моделирования широкого фронта ударной волны путем задания на границе расчетной области графика давления с требуемыми параметрами избыточного давления и временем воздействия.
  • аварийные взрывные воздействия;
  • широкий фронт ударной волны;
  • нелинейная газодинамика;
  • фаза сжатия;
  • фаза разряжения;
  • импульс ударной волны;
  • время действия фазы сжатия;
  • промышленные сооружения;
  • Ambient-элементы;
  • эйлеровы сетки;
  • функция CONWEP;
Литература
  1. Бирбраер А.Н., Роледер А.Ю. Экстремальные воздействия на сооружения. СПб. : Издательство Политехнического университета, 2009. 593 с.
  2. Саргсян А.Е. Динамика и сейсмостойкость сооружений атомных станций. Саров : РФЯЦ–ВНИИЭФ, 2013. 550 с.
  3. Расторгуев Б.С., Плотников А.И., Хуснутдинов Д.З. Проектирование зданий и сооружений при аварийных взрывных воздействиях. М. : Изд-во АСВ, 2007. 152 с.
  4. Bryukhan F. Consideration of hazardous and especially hazardous hydrometeorological impacts in design of buildings and structures of nuclear power plants // MATEC Web of Conferences. 2016. Vol. 86. P. 04005. DOI: 10.1051/matecconf/20168604005
  5. Мкртычев О.В., Дорожинский В.Б. Анализ подходов к определению параметров взрывного воздействия // Вестник МГСУ. 2012. № 5. С. 45–49. DOI: 10.22227/1997-0935.2012.5
  6. Мкртычев О.В., Дорожинский В.Б., Лазарев О.В. Расчет конструкций железобетонного здания на взрывные нагрузки в нелинейной динамической постановке // Вестник МГСУ. 2011. № 4. С. 243–247.
  7. Павлов А.С. Численное моделирование взрывных воздействий на здания и сооружения произвольной формы // Academia. Архитектура и строительство. 2017. № 3. С. 108–112.
  8. Вальгер С.А. Создание вычислительных технологий для расчета ветровых и ударно-волновых воздействий на конструкции : автореф. дис. ... канд. физ.-мат. наук. Новосибирск, 2016. 16 с.
  9. Бате К., Вилсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов. М. : Стройиздат, 1982. 447 с.
  10. Van Leer B. Towards the ultimate conservative difference scheme. V. A second-order sequel to Godunov’s method // Journal of Computational Physics. 1979. Vol. 32. Issue 1. Pp. 101–136. DOI: 10.1016/0021-9991(79)90145-1
  11. Мкртычев О.В., Савенков А.Ю. Численное моделирование фронта воздушной ударной волны при взрыве в воздухе и над землей в программном комплексе LS-DYNA // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2018. Т. 14. № 6. С. 467–474. DOI: 10.22363/1815-5235-2018-14-6-467-474
  12. Савенков А.Ю., Мкртычев О.В. Нелинейный расчет железобетонного сооружения на воздействие воздушной ударной волны // Вестник МГСУ. 2019. Т. 14. Вып. 1. С. 33–45. DOI: 10.22227/1997-0935.2019.1.33-45
  13. Новожилов Ю.В. Методики моделирования взрывов в LS-DYNA // XIV Международная конференция пользователей CADFEM/ANSYS, Санкт-Петербург, 2017.
  14. Илюшкин М.В. Материалы для подготовки курса лекций для повышения квалификации специалистов по моделированию процессов ОМД. Ульяновск, 2017. 125 c. URL: http://tzshp.ru
  15. Schwer L., Teng H., Souli M. LS-DYNA air blast techniques: comparisons with experiments for close-in charges // 10th European LS-DYNA Conference, Würzburg, Germany, 2015.
  16. Bento Rebelo H., Cismașiu C. A comparison between three air blast simulation techniques in LS-DYNA // 11th European LS-DYNA Conference, Salzburg, Austria. 2017.
  17. Andrade F., Feucht M. A comparison of damage and failure models for the failure prediction of dual-phase steels // 11th European LS-DYNA Conference. Salzburg, Austria, 2017.
  18. Zahra S. Tabatabaei, Jeffery S. Volz. A com­parison between three different blast methods in LS-DYNA®: LBE, MM-ALE, Coupling of LBE and MM-ALE // 12th International LS-DYNA® Users Conference. 2012. 10 p. URL: https://www.dynalook.com/12th-international-ls-dyna-conference/blast-impact20-d.pdf
  19. Andrade F.X.C., Feucht M., Haufe A., Neukamm F. An incremental stress state dependent damage model for ductile failure prediction // International Journal of Fracture. 2016. Vol. 200. Issue 1–2. Pp. 127–150. DOI: 10.1007/s10704-016-0081-2
  20. Goel M., Vasant M., Gupta A. An abridged review of blast wave parameters // Defence Science Journal. 2012. Vol. 62. Issue 5. Pp. 300–306. DOI: 10.14429/dsj.62.1149
  21. Zhang C., Gholipour G., Mousavi A.A. Nonlinear dynamic behavior of simply-supported RC beams subjected to combined impact-blast loading // Engineering Structures. 2019. Vol. 181. Pp. 124–142. DOI: 10.1016/j.engstruct.2018.12.014
  22. Astarlioglu S., Krauthammer T., Morency D., Tran T.P. Behavior of reinforced concrete columns under combined effects of axial and blast-induced transverse loads // Engineering Structures. 2013. Vol. 55. Pp. 26–34. DOI: 10.1016/j.engstruct.2012.12.040
  23. Hong J., Fang Q., Chen L., Kong X. Numerical predictions of concrete slabs under contact explosion by modified K&C material model // Construction and Building Materials. 2017. Vol. 155. Pp. 1013–1024. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2017.08.060
  24. Qu Y., Li X., Kong X., Zhang W., Wang X. Numerical simulation on dynamic behavior of reinforced concrete beam with initial cracks subjected to air blast loading // Engineering Structures. 2016. Vol. 128. Pp. 96–110. DOI: 10.1016/j.engstruct.2016.09.032
  25. Андреев С.Г., Бабкин А.В., Баум Ф.А., Имховик Н.А., Кобылкин И.Ф., Колпаков В.И. и др. Физика взрыва. 3-е изд., испр., в 2-х т. М. : Физматлит, 2004. 832 с.
  26. Баженова Т.В., Гвоздева Л.Г. Нестационарные взаимодействия ударных волн. М. : Наука, 1977. 274 с.
  27. Grote M.J., Sim I. On local nonreflecting boundary conditions for time dependent wave propagation // Chinese Annals of Mathematics, Series B. 2009. Vol. 30. Issue 5. Pp. 589–606. DOI: 10.1007/s11401-009-0203-5 URL: https://www.researchgate.net/publication/225659814
СКАЧАТЬ (RUS)