【摘要】：管道作為當今社會必不可少的運輸方式,解決了長距離下危險物品的傳輸問題。但是,由于設計、施工缺陷和質量問題等可能會引發(fā)火災或爆炸事故,這些管道一旦遇到火災和爆炸,將會造成生命、財產(chǎn)方面的巨大損失,而泄露的介質也將會造成環(huán)境污染。在大多數(shù)情況下,爆炸與火災可能會同時發(fā)生。以往單獨對爆炸荷載作用下或單獨火災作用下的破壞機理的研究成果有較多報道,但是爆炸與火災聯(lián)合起來研究還是甚少。因此,開展對爆炸火災的研究具有廣泛的前景,而這一方面需要解決的問題也日趨增加。現(xiàn)如今,數(shù)值模擬不僅僅被看成是理論和實驗研究的輔助手段,它已經(jīng)成為獨立于理論和實驗的一種基本的科學研究方法。由于爆炸和火災的高危險性和難操作性,借助數(shù)值模擬的方法可以很好地進行復雜問題的計算和相關的力學研究,因此,數(shù)值模擬技術在分析此類問題時已成為重要的手段之一。本文利用ANSYS及LS-DYNA程序對輸油管道在火災爆炸荷載作用下的動力響應進行有限元數(shù)值分析,總結了爆炸分析與熱分析有限元方法的基本原理,通過原理的分析及閱讀大量文獻比較后確定相關參數(shù)及方法,建立了爆炸有限元分析模型,并分別分析了內(nèi)部有充液充壓的管道結構在爆炸荷載作用下的動力響應以及單獨火荷載作用下的管道結構的溫度場及熱應力,最后利用重啟動的方法將爆炸與高溫荷載聯(lián)合作用下輸油管道動力響應及破壞模式進行分析。首先,通過LS-DYNA解決了管道、內(nèi)部液體、空氣及炸藥的流固耦合模型,并利用程序自帶TNT材料模型進行爆炸數(shù)值模擬,表明內(nèi)部有充液充壓管道對抗爆有積極的作用。隨后,對充液管道在不同環(huán)境高溫下的溫度場及熱應力進行分析,得出管道結構上各個點的熱應力。本文采用了一種方法,即重啟動方法,用于將爆炸荷載與溫度荷載同時加入管道結構中,從而模擬了爆炸與火災聯(lián)合作用下的情況。結構表明,當管道結構先受火后受到?jīng)_擊荷載作用時,火災溫度越高,管道的抗沖擊能力越低,且火災溫度對管道的抗爆炸沖擊能力影響較顯著；當管道結構先受到?jīng)_擊荷載后受火災荷載作用時,爆炸對管道的后續(xù)抗火的能力影響不明顯,如果在火災過程中發(fā)生爆炸,而若爆炸沒有使得管道結構喪失承載能力,那么管道所能夠承受的極限溫度幾乎與未發(fā)生爆炸時發(fā)生的情況相同。
【圖文】：

作為當今社會必不可少的運輸方式，解決了長距離下危險品石油、化工、±建、核能、航空航天等重要領域，是輸送高能、高道。就我國來說，管道運輸發(fā)展迅速，為了滿足民生和國家的需求金進行管道輸送線路的建設，并取得了豐碩的成果叫從我國建設初的油氣管道，運輸長度己經(jīng)多達２００公里。而到２０世紀５０年代后速，所建立的輸油管道己有２０余條，，所分布的線路貫穿了華北及成了我國基本的管道輸送網(wǎng)絡體系。直到１９７０年，由于我國原油產(chǎn)產(chǎn)量大幅增加，因此，我國投入大量人力、財力和物力來建巧更多的國１９７３年就開始修建用于原油、成品油等介質輸送的管道，最長的格爾木市到西藏自治區(qū)的拉薩市，管道全長１０８０公里，年輸送能力油管道業(yè)的一個里程碑。在送之后，我國又大力發(fā)展東北、華北地區(qū)北地區(qū)地大物豐，其地理條件決定了大批原油產(chǎn)量的保證，成為了基地，其中大慶油田、迂河油田最為著名。到２０世紀８０年代，我國輸油管道，即東黃復線，全長２４８．５２公里，設計壓力６．５兆帕，年隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國油氣管道的里程和和運輸量也呈現(xiàn)

艘３０萬噸級外籍游輪在卸油過程中操作不當，而引發(fā)輸油管線爆炸，隨后又接連引發(fā)火逡逑災，如圖１．２所示。在滅火過程中，消防戰(zhàn)－上１人犧牲、１人重傷，１５００噸原油泄漏入海，逡逑給隨后的清理工作和人民的生活也帶來了巨大的經(jīng)濟損失。２０１３年１１月２２日，青島輸油逡逑管道發(fā)生爆炸，造成６２人遇難，爆炸起因為管線破裂，管線油進入市政管網(wǎng)導致爆燃的逡逑發(fā)生。２００４年７月２３日，位于廣州市開發(fā)區(qū)下元新村石化總工廠，一段輸油管道發(fā)生泄逡逑漏后連續(xù)兩次起火爆炸，原因為一段直徑約３０厘米的輸油管道裂開了一道１０厘米長的口逡逑子，外流汽油、原油估計有８噸左右。在W外，２０１３年１月，尼日利亞輸油管道爆炸起火逡逑導致至少３０人死亡。在此地區(qū)，由于貧富差距嚴重，盜油事件發(fā)生頻繁，而因油氣泄露逡逑引發(fā)的火災，造成了人員傷亡也常有發(fā)生。２０１１年１０月，伊拉克南部己±拉省在夜間連逡逑續(xù)發(fā)生兩起輸油管道爆炸事故，由此爆炸而引發(fā)火災，造成伊拉克最大的油田原油停止生逡逑產(chǎn)，此為恐怖分子破壞行為，造成１７７億的油量損失。２０１１年９月，肯尼亞輸油管道爆炸逡逑引起大火造成至少１２０人喪生，因一段輸油管道發(fā)生了不明原因的泄漏，貧民窟里居民涌逡逑向漏油的輸油管取油時發(fā)生了爆炸。２０１１年７月，伊朗通往±耳其石油管線爆炸，致使油逡逑運中斷。１９９９年，美國華盛頓州Ｂｅｌｌｉｎｇｈａｍ汽油管道爆炸事故，因疏于監(jiān)督，沒有發(fā)現(xiàn)并逡逑及時修理管道的挖掘損傷等等。逡逑
【學位授予單位】：沈陽建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TE973;TE88

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本文編號：2569149