窗户爆炸荷载下响应

1 引言

       和平与发展已经成为时代的主题，但是仍然存在威胁人民生命财产安全的恐怖袭击以及意外爆炸事件。对于建筑物及建筑构件的爆炸响应以及防护手段已经进行了大量的研究，但是对于围护结构在爆炸荷载下的响应及防护研究很少。在爆炸荷载作用下，围护结构强度较低，尤其窗户往往会发生严重的破坏，且在爆炸荷载下窗户玻璃的破碎会对内部人员造成极大的二次伤害。如何减轻爆炸荷载作用下窗户玻璃破碎对内部人员的伤害值得我们进一步研究。为探究爆炸荷载作用下窗户的破坏响应及减轻其破坏对内部人员的伤害，本文使用ANSYS/LS-DYNA建立数值模型，通过数值分析观察其破坏形态及碎片的飞散，通过在窗户后添加钢板阻断玻璃的飞散路径，可以对内部人员起到保护的作用。

2 有限元模型

       本文选用的窗户尺寸为1200mm×1200mm，为4块玻璃带分隔窗户，数值模型如图1所示。

图1

窗户数值模型

其中蓝色为铝合金窗框，红色为玻璃，绿色为遮挡钢板，具体各个材料的参数如图2所示。

图2

材料参数

窗框与后钢遮板均为固定边界，且通过LOAD_BLAST关键字施加爆炸荷载，使用ADD_EROSION关键字模拟玻璃的碎片效果。

3 模拟结果

窗户在爆炸荷载作用下的破坏情况如图3所示

图3

窗户破坏情况

从破坏结果可以看出，玻璃在爆炸荷载作用下破坏较为严重，且碎片向爆炸传播方向飞散，但是由于在窗户背部设置了钢遮板，从而使玻璃在接触钢板后向相反方向飞散，从而减少了对内部人员的伤害。同时，冲击波在遇到钢板后也发生了反射，使冲击波对于内部空间的破坏也极大的减小，因为此方法是一种有效的可以减轻爆炸对于围护结构破坏的手段。