【摘要】：管道作為當(dāng)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(shè)計、施工缺陷和質(zhì)量問題等可能會引發(fā)火災(zāi)或爆炸事故,這些管道一旦遇到火災(zāi)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(zhì)也將會造成環(huán)境污染。在大多數(shù)情況下,爆炸與火災(zāi)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(zāi)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(zāi)聯(lián)合起來研究還是甚少。因此,開展對爆炸火災(zāi)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�，F(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(xué)研究方法。由于爆炸和火災(zāi)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(fù)雜問題的計算和相關(guān)的力學(xué)研究,因此,數(shù)值模擬技術(shù)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?qū)斢凸艿涝诨馂?zāi)爆炸荷載作用下的動力響應(yīng)進行有限元數(shù)值分析,總結(jié)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(guān)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(jié)構(gòu)在爆炸荷載作用下的動力響應(yīng)以及單獨火荷載作用下的管道結(jié)構(gòu)的溫度場及熱應(yīng)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(yīng)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(yīng)力進行分析,得出管道結(jié)構(gòu)上各個點的熱應(yīng)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(jié)構(gòu)中,從而模擬了爆炸與火災(zāi)聯(lián)合作用下的情況。結(jié)構(gòu)表明,當(dāng)管道結(jié)構(gòu)先受火后受到?jīng)_擊荷載作用時,火災(zāi)溫度越高,管道的抗沖擊能力越低,且火災(zāi)溫度對管道的抗爆炸沖擊能力影響較顯著；當(dāng)管道結(jié)構(gòu)先受到?jīng)_擊荷載后受火災(zāi)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(zāi)過程中發(fā)生爆炸,而若爆炸沒有使得管道結(jié)構(gòu)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(dāng)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(lǐng)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(shè)，并取得了豐碩的成果叫從我國建設(shè)初的油氣管道，運輸長度己經(jīng)多達２００公里。而到２０世紀(jì)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(luò)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(zhì)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(jì)８０年代，我國輸油管道，即東黃復(fù)線，全長２４８．５２公里，設(shè)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(dāng)，而引發(fā)輸油管線爆炸，隨后又接連引發(fā)火逡逑災(zāi)，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(dǎo)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(dǎo)致至少３０人死亡。在此地區(qū)，由于貧富差距嚴(yán)重，盜油事件發(fā)生頻繁，而因油氣泄露逡逑引發(fā)的火災(zāi)，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(zāi)，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(xué)位授予單位】：沈陽建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TE973;TE88

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本文編號：2569149