基于LS-DYNA的爆炸碎片撞击圆筒形储罐动力学数值模拟

论文摘要

随着我国化工园区建设的快速发展,园区的规模不断扩大,安全问题也愈加严峻。由于园区易燃易爆介质及集中存放的特性,一旦设备发生爆炸事故,由爆炸产生的抛射碎片极易形成对周边设备的撞击而引发多米诺效应事故,产生更为严重的后果。为此,本文基于ANSYS/LS-DYNA程序对圆筒形储罐在立方体抛射碎片撞击下的动力学响应规律进行了数值模拟研究。为化工园区的建设与风险评估等项目提供参考。主要研究内容及结论如下:（1）研究了爆炸碎片撞击圆筒形储罐的动力学响应规律,分析了罐体特征参数（内压与容积）及碎片特征参数（碎片与储罐的接触面积、初始速度、材质与质量）等相关因素对撞击响应的影响。模拟结果表明,储罐内压具有抵抗抛射碎片冲击变形的能力,1.2MPa的内压使得储罐最大变形量降低10%。对于相同质量的碎片,撞击储罐时的接触面积越小,储罐受撞击产生的变形越大。当碎片速度为100m/s300m/s时,储罐的撞击变形随碎片初始速度的增加而线性增加。对于相同体积碎片,铅黄铜由于具有更高的密度,相对于Q345R产生的储罐撞击变形更大。抛射碎片的质量越大,其撞击储罐产生的最大变形也越大,且其最大变形的位置位于拍摄碎片与储罐的接触位置;此外,罐体的容积对其撞击变形也有一定的影响,容积越大的储罐,撞击产生的变形也越大。碎片与圆筒形储罐的接触碰撞是一个多次接触碰撞并最终达到稳定的过程。（2）研究了碎片撞击并穿透圆筒形储罐的壁面的动力学响应规律。分析了储罐内压、碎片初始速度、接触面积、储罐壁厚等主要因素对穿透储罐时贯穿能量的影响。研究结果如下:储罐内压对贯穿能量无明显影响;抛射碎片初速度越大,碎片穿透储罐的速度损失量越小,较大的穿透剩余速度极易产生二次撞击穿透。此外,抛射碎片与圆筒形储罐的接触面积越大,碎片穿透储罐所需的贯穿能量就越高,碎片穿透储罐后的剩余速度就越低,碎片对储罐的威胁也就越小。碎片穿透圆筒形储罐的贯穿能量与储罐壁厚呈线性关系,储罐壁厚越大,碎片击穿储罐所需的贯穿能量就越高。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 化工园区的发展现状
•   1.3 课题研究难点
•   1.4 国内外研究现状
•     1.4.1 碎片撞击引发多米诺效应事故的研究现状
•     1.4.2 碎片撞击储罐的影响因素及研究现状分析
•   1.5 本文研究内容与方法
• 第二章 基于LS-DUNA的冲击动力学数值模拟理论基础
•   2.1 引言
•   2.2 LS-DYNA分析理论基础
•     2.2.1 坐标描述
•     2.2.2 动量守恒方程
•     2.2.3 质量守恒方程
•     2.2.4 能量守恒方程
•     2.2.5 虚功方程
•     2.2.6 高斯积分与沙漏控制
•     2.2.7 人工体积粘度
•     2.2.8 时间积分和时间步长控制
•   2.3 接触碰撞数值算法
•   2.4 LS-DYNA程序分析过程关键问题讨论
•   2.5 ANSYS/LS-DYNA软件介绍
•   2.6 ANSYS/LS-DYNA求解分析步骤
•   2.7 本章小结
• 第三章 碎片撞击储罐的动力学响应数值模拟及其影响因素分析
•   3.1 引言
•   3.2 物理模型与有限元分析模型
•   3.3 边界条件与约束设置
•   3.4 材料模型
•   3.5 数值模拟结果与分析
•     3.5.1 罐体内压的影响
•     3.5.2 罐体容积的影响
•     3.5.3 碎片撞击接触面积的影响
•     3.5.4 碎片初始速度的影响
•     3.5.5 碎片材质对撞击变形的影响
•     3.5.6 碎片质量的影响
•   3.6 本章小结
• 第四章 碎片撞击下储罐的贯穿失效模拟及其影响因素分析
•   4.1 引言
•   4.2 有限元分析模型
•     4.2.1 物理模型与网格划分
•     4.2.2 边界条件与约束设置
•   4.3 数值模拟结果与分析
•     4.3.1 碎片初始速度的影响
•     4.3.2 碎片接触面积的影响
•     4.3.3 碎片撞击方式的影响
•     4.3.4 罐体内压的影响
•     4.3.5 罐体壁厚的影响
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 致谢
• 参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 潘成光

导师: 胡兆吉

关键词: 数值模拟,撞击变形,贯穿能量

来源: 南昌大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 力学,无机化工,有机化工,安全科学与灾害防治

单位: 南昌大学

分类号: O38;TQ086.2

DOI: 10.27232/d.cnki.gnchu.2019.001905

总页数: 54

文件大小: 2738K

下载量: 84