专利名称：一种评估砖墙在爆炸载荷作用下局部破坏结果的方法
技术领域：
本发明属于爆炸破坏评估技术，具体涉及一种评估砖墙在爆炸载荷作用下局部破坏结果的方法。
背景技术：
随着国内外威胁形势的发展，重要设施面临的潜在威胁日趋严峻，对已有设施开展安全评估、改造升级是确保安全的重要手段之一。在新的设计基准威胁中一个突出的特点是考虑爆炸对设施带来的破坏作用，我国一些重要设施的厂房、库房已建造数十年，而其外墙采用的依然是砖墙结构，在当前的基准威胁形势下，如何确定砖墙在爆炸载荷下的破坏作用，是重要设施安全评估工作急需解决的问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种砖墙在爆炸载荷作用下局部破坏的评估方法，解决实物保护领域砖墙在爆炸载荷作用下破坏程度的评估问题。本发明的技术方案如下一种评估砖墙在爆炸载荷作用下局部破坏结果的方法， 过程如下首先，建立砖墙的有限元模型，由三维实体单元组成，模型网格为拉氏网格，材料模型包括砖、水泥砂浆两种；其次，建立空气介质及爆炸源的有限元模型，由三维实体单元组成，模型网格为欧拉网格,材料模型包括空气、爆炸源两种；最后，使用流固耦合算法计算爆炸载荷空爆冲击波对砖墙的作用。进一步，如上所述的评估砖墙在爆炸载荷作用下局部破坏结果的方法，其中，在建立砖墙的有限元模型时，砖和水泥砂浆的材料模型均采用线弹性材料模型；水泥砂浆材料需要考虑失效参数，水泥砂浆的失效条件定义为拉应变失效与剪应变失效。更进一步，如上所述的评估砖墙在爆炸载荷作用下局部破坏结果的方法，其中，在建立砖墙的有限元模型时，砖墙中一块砖为一个三维实体单元，两个砖块之间的水泥砂浆采用一个三维实体单元，通过共用节点建立砖与水泥砂浆、水泥砂浆与水泥砂浆三维实体单元的连接，实现力的传递；砖墙有限元模型的边界条件采用节点全自由度约束。进一步，如上所述的评估砖墙在爆炸载荷作用下局部破坏结果的方法，其中，建立空气介质及爆炸源的有限元模型时，空气单元与爆炸源单元共节点连接。更进一步，如上所述的评估砖墙在爆炸载荷作用下局部破坏结果的方法，其中，在建立空气介质及爆炸源的有限元模型时，空气材料模型采用空材料模型加线性多项式状态方程描述，炸药材料模型采用JWL状态方程描述；空气介质有限元模型的边界条件采用无反射边界。进一步，如上所述的评估砖墙在爆炸载荷作用下局部破坏结果的方法，其中，所述的使用流固耦合算法计算爆炸载荷空爆冲击波对砖墙的作用的过程如下
(I)选定砖墙的长度、高度和厚度，砖的体积，水泥砂浆的厚度和比例，炸药的用(2)采用任意拉格朗日-欧拉算法模拟爆炸冲击波对砖墙的作用及爆炸过程，完善计算过程的相关参数；(3)采用完善后的计算参数模拟目标砖墙在特定爆炸载荷下的作用过程，得到计算结果并进行评价。本发明的有益效果如下本发明通过建立砖墙的有限元模型和空气介质及爆炸源的有限元模型，结合相应的计算方法和流程，圆满的解决了实物保护设计领域砖墙在爆炸载荷作用下破坏程度的评估问题。本发明所提供的方案完整、实用，可结合砖墙的实际情况进行设计，易于实现。
图I为两砖测试模型示意图；(图中箭头表示力的作用方向)图2为二砖测试|旲型意图；(图中箭头表力的作用方向)图3-1为实施例中砖墙受爆炸载荷作用试验模型示意图；图3-2为图3-1的侧视图。
具体实施例方式下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步的详细说明。本发明所提供的评估砖墙在爆炸载荷作用下局部破坏结果的方法，包括如下建模和计算过程首先，建立砖墙的有限元模型，由三维实体单元组成，模型网格为拉氏网格，材料模型包括砖、水泥砂浆两种；其次，建立空气介质及爆炸源的有限元模型，由三维实体单元组成，模型网格为欧拉网格,材料模型包括空气、爆炸源两种；最后，使用流固耦合算法计算爆炸载荷空爆冲击波对砖墙的作用。下面对具体的建模和计算过程进行描述。 砖墙有限元模型的建立砖墙有限元模型采用的三维实体单元，根据砖墙的实际几何尺寸建立对应几何模型。该模型网格为拉氏网格，由三维实体单元组成，砖墙中一块砖为一个三维实体单元，两个砖块之间的水泥砂浆采用一个三维实体单元，通过共用节点建立砖与水泥砂浆、水泥砂浆与水泥砂浆三维实体单元的连接，实现力的传递。其中的材料模型包括砖、水泥砂浆两种组成，根据实际砖墙确定砖的材料模型及水泥砂浆的材料模型，由于砖墙属于脆性材料，因此砖、水泥砂浆都可以采用线弹性材料模型。砖墙中砖材料的失效条件要远高于水泥砂浆， 因此，砖材料模型可不定义失效参数，水泥砂浆材料模型必须定义失效参数。砖、水泥砂浆的线弹性材料参数可根据《砌体结构设计规范》得到，水泥砂浆的失效条件定义为拉应变失效与剪应变失效。分别通过图I所示两砖测试和图2所示三砖测试的方法来得到水泥砂浆材料的极限拉应变参数和极限剪应变参数，图中，I为普通砖块，2为水泥砂浆，箭头所指为力的方向，两个测试中砖采用240mmX 115mmX53mm的普通砖，水泥砂衆为厚度IOmm的I 3水泥砂浆。然后，要建立砖墙有限元模型的边界条件，边界条件一般可采用节点全自由度约束。·空气介质及爆炸源有限元模型的建立空气介质及爆炸源的几何模型也是采用三维实体单元，其单元尺寸应不大于厘米级；空气单元与爆炸源单元共节点连接，该模型网格为欧拉网格，材料模型包括空气、爆炸源两种。分别确定空气介质材料模型及爆炸源材料模型，其中，空气材料采用空材料模型加线性多项式状态方程，炸药材料采用高能炸药材料模型加JWL状态方程描述。然后，要建立空气介质有限元模型的边界条件，边界条件采用无反射边界。上述的线性多项式状态方程为P = Cg+C1 U +C2 U 2+c3 U 3+ (c4+c5 U +C6 U 2) E其中，P表示压力，C。= C1 = C2 = C3 = C6 = O, C4 = C5 = Y -I, Y为热导率,E为 z+—1，其中P表示当前状态的密度，P O表示初始状态的密度。JWL状态方程表示为
权利要求
1.一种评估砖墙在爆炸载荷作用下局部破坏结果的方法，过程如下首先，建立砖墙的有限元模型，由三维实体单元组成，模型网格为拉氏网格，材料模型包括砖、水泥砂衆两种；其次，建立空气介质及爆炸源的有限元模型，由三维实体单元组成，模型网格为欧拉网格，材料模型包括空气、爆炸源两种；最后，使用流固耦合算法计算爆炸载荷空爆冲击波对砖墙的作用。
2.如权利要求I所述的评估砖墙在爆炸载荷作用下局部破坏结果的方法，其特征在于在建立砖墙的有限元模型时，砖和水泥砂浆的材料模型均采用线弹性材料模型；水泥砂浆材料需要考虑失效参数，水泥砂浆的失效条件定义为拉应变失效与剪应变失效。
3.如权利要求I或2所述的评估砖墙在爆炸载荷作用下局部破坏结果的方法，其特征在于在建立砖墙的有限元模型时，砖墙中一块砖为一个三维实体单元，两个砖块之间的水泥砂浆采用一个三维实体单元，通过共用节点建立砖与水泥砂浆、水泥砂浆与水泥砂浆三维实体单元的连接，实现力的传递。
4.如权利要求3所述的评估砖墙在爆炸载荷作用下局部破坏结果的方法，其特征在于砖墙有限元模型的边界条件采用节点全自由度约束。
5.如权利要求I所述的评估砖墙在爆炸载荷作用下局部破坏结果的方法，其特征在于建立空气介质及爆炸源的有限元模型时，空气单元与爆炸源单元共节点连接。
6.如权利要求I或5所述的评估砖墙在爆炸载荷作用下局部破坏结果的方法，其特征在于在建立空气介质及爆炸源的有限元模型时，空气材料模型采用空材料模型加线性多项式状态方程描述，炸药材料模型采用JWL状态方程描述。
7.如权利要求6所述的评估砖墙在爆炸载荷作用下局部破坏结果的方法，其特征在于空气介质有限元模型的边界条件采用无反射边界。
8.如权利要求I所述的评估砖墙在爆炸载荷作用下局部破坏结果的方法，其特征在于所述的使用流固耦合算法计算爆炸载荷空爆冲击波对砖墙的作用的过程如下(1)选定砖墙的长度、高度和厚度，砖的体积，水泥砂浆的厚度和比例，炸药的用量；(2)采用任意拉格朗日欧拉算法模拟爆炸冲击波对砖墙的作用及爆炸过程，完善计算过程的相关参数；(3)采用完善后的计算参数模拟目标砖墙在特定爆炸载荷下的作用过程，得到计算结果并进行评价。
全文摘要
本发明属于爆炸破坏评估技术，具体涉及一种评估砖墙在爆炸载荷作用下局部破坏结果的方法。该方法分别建立砖墙的有限元模型和空气介质及爆炸源的有限元模型，使用流固耦合算法计算爆炸载荷空爆冲击波对砖墙的作用。本发明能够圆满解决实物保护设计领域砖墙在爆炸载荷作用下破坏程度的评估问题，所提供的方案完整、实用，可结合砖墙的实际情况进行设计，易于实现。
文档编号G06F17/50GK102609582SQ20121002532
公开日2012年7月25日 申请日期2012年2月6日 优先权日2012年2月6日
发明者严明, 刘卫东, 刘炫, 刘钰, 张建伟, 朱彦伟, 胡洪涛, 闫敏 申请人:中国核电工程有限公司