基于FEM/SPH方法的水下爆炸冲击荷载作用下的混凝土重力坝破坏模式研究

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随着坝工技术的不断发展,高坝建设在我国已进入到了快速发展阶段。由于现代战争中快速精确打击的作战方式使得大坝因其独特的政治、经济、军事价值而成为敌方的重点打击目标。大坝一旦失事,将造成极大的财产损失及不良的社会影响,为当地人民带来毁灭性的灾难。因此,大坝的抗爆研究对于大坝安全防护具有极为重要的意义。
　　分别采用SPH法、ALE法及FEM/SPH耦合法进行了近水面水下爆炸数值模拟研究,通过计算结果的精确度、收敛速度等多方面的对比,分析了三种不同方法的优缺点。采用传统的基于网格的数值模拟方法对水下爆炸问题进行研究,经常会出现网格发生严重畸变而导致计算中断的问题。而 SPH法因其是一种无网格、粒子形式的具有Lagrange性质的数值模拟方法,从而克服了传统方法的网格大变形问题,因此被广泛应用于爆炸仿真的研究当中,但是其收敛速度较慢。而FEM/SPH耦合方法综合了上述两种方法的优点,既避免了网格大变形问题,同时又具有较快的收敛速度。
　　在水下爆炸冲击荷载作用下的大坝动力响应及其破坏模式分析是评估大坝抗爆安全的重要问题之一。本文基于非线性有限元技术,以有限元显示动力分析程序AUTODYN为平台,通过FEM/SPH耦合方法,在大变形区域采用SPH方法,在小变形区域采用FEM网格方法,建立了重力坝水下爆炸全耦合模型。通过大量数值模拟计算,研究了水下爆炸冲击荷载作用下,不同的炸药起爆距离、起爆深度及装药量对大坝动力响应及破坏模式的影响规律,以及大坝不同部位的震动规律。结果表明,水下贴面爆炸对大坝破坏较为严重,重力坝坝头为大坝的抗爆薄弱部位,当装药增加时坝头很可能会因其下部结构严重破损而发生倾倒破坏,严重时极有可能导致溃坝。
　　本文的研究结果具有一定的工程实用价值,对于今后大坝人防设计具有较强的借鉴和参考价值。

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作者
王帅;
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作者单位

天津大学;

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授予单位天津大学;
学科水工结构工程
授予学位硕士
导师姓名戚蓝;
年度 2012
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类混凝土重力坝;结构动力学;
关键词
FEM/SPH方法; 水下爆炸; 冲击荷载; 混凝土重力坝; 破坏模式;

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