核工程论文提纲

论文题目：核工程双钢板混凝土结构抗大型商用飞机撞击研究

摘要：双钢板混凝土结构是一种将钢板外包于混凝土而形成的组合结构,具有良好的受力性能和抗冲击性能,已应用于我国第三代核电机组屏蔽厂房中。2009年以后美国、法国、中国等国家纷纷考虑把抵御大型商用飞机撞击作为新建核电厂安全性评审的一项重要内容,而目前我国在这方面的研究尚不够成熟。本文开展了双钢板混凝土结构抗大型商用飞机撞击的相关研究,主要工作和研究成果包括:（1）基于壳体大变形动力渐进屈曲的塑性铰分析,提出了一种适用于飞机撞击条件下大变形弹塑性分析的有限元离散化准则,可用于指导大型飞机有限元网格尺寸的划分,以保证有限元模型的模拟精度又降低计算成本。通过与铝合金、钢材和混凝土构件冲击试验的对比分析,确定了撞击数值模拟中飞机、屏蔽厂房和辅助厂房材料的动本构模型以及参数设置。（2）建立了大型商用飞机和核电厂房精细化非线性有限元模型,已用于大型商用飞机撞击研究和核电厂安全性评价。飞机模型考虑了飞机机身、机翼、发动机、尾翼、蒙皮等外部结构,以及机身框、机身桁条、机身地板、机翼和尾翼翼肋等内部结构,同时考虑了飞机的质量和刚度分布变化;核电厂房模型充分考虑了屏蔽厂房的进气口、锥形屋顶和环形水箱等薄弱部位的细部构造。（3）采用耦合分析方法全面评价了大型商用飞机撞击屏蔽厂房的毁伤特性,获得了撞击区域的局部破坏形式以及撞击远区的振动响应规律。研究了飞机撞击速度、撞击角度、飞机质量、对拉钢筋直径、外包钢板厚度、混凝土强度、环形水箱中水体对撞击区域位移的影响,以及有无辅助厂房及有无阻尼条件下结构反应的差异性;分析了发动机单独撞击屏蔽厂房时的毁伤特性。（4）对现行核工程设计中采用的或相关规程中建议的大飞机撞击问题计算的解耦分析方法进行研究,分析了现行设计计算方法的局限性;通过对Riera模型、飞机撞击刚性墙和屏蔽厂房的撞击荷载分析,获得了飞机机身、机翼、发动机在不同撞击速度下撞击荷载时程和分布规律;给出了一种具有普适性的合理的大飞机撞击问题解耦评价方法,使解耦方法适用于大飞机撞击局部毁伤分析。（5）基于能量分析给出了一种带对拉钢筋的双钢板混凝土板防贯穿计算公式,通过对不同对拉钢筋、不同钢板和混凝土、不同弹体等51个工况的计算分析,证明该公式能有效评估双钢板混凝土板的贯穿破坏,可用于相关设计和安全评估中。

关键词：双钢板混凝土结构;大飞机撞击;解耦和耦合;贯穿公式;毁伤特性

学科专业：土木工程

摘要

abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 核电和大型商用飞机的发展

1.1.2 飞机撞击核电站的威胁

1.2 飞机撞击的研究现状

1.2.1 试验研究

1.2.2 理论分析

1.2.3 数值模拟

1.2.4 小结

1.3 研究意义

1.4 本文研究内容和方法

第2章 本构关系和网格尺寸的确定

2.1 引言

2.2 本构关系

2.2.1 飞机材料本构

2.2.2 飞机材料本构验证

2.2.3 屏蔽厂房和辅助厂房材料本构

2.2.4 混凝土材料本构验证

2.3 网格尺寸

2.3.1 理论分析

2.3.2 有限元分析验证

2.4 本章小结

第3章 大型商用飞机和核电厂房建模

3.1 引言

3.2 飞机模型

3.2.1 飞机质量的选取

3.2.2 飞机撞击速度选取

3.2.3 飞机机身的建立

3.2.4 飞机机翼和尾翼的建立

3.2.5 发动机的建立

3.2.6 整个飞机模型

3.3 屏蔽厂房和辅助厂房模型

3.3.1 筒壁的建立

3.3.2 锥形屋顶和PCS水箱的建立

3.3.3 辅助厂房模型

3.3.4 整体模型

3.4 本章小结

第4章 基于耦合方法的大飞机撞击屏蔽厂房毁伤特性研究

4.1 引言

4.2 屏蔽厂房响应特性

4.2.1 应力和应变

4.2.2 位移响应

4.2.3 加速度响应

4.3 带有辅助厂房的屏蔽厂房响应特性

4.3.1 对应力和应变影响

4.3.2 对位移响应的影响

4.3.3 对加速度响应的影响

4.4 阻尼对位移响应的影响

4.5 不同工况分析

4.5.1 不同撞击速度

4.5.2 不同撞击角度

4.5.3 不同飞机质量

4.5.4 不同对拉钢筋直径

4.5.5 不同外包钢板厚度

4.5.6 不同混凝土强度

4.5.7 环形水箱中水的影响

4.5.8 发动机撞击

4.6 本章小结

第5章 大飞机撞击分析的解耦方法研究

5.1 引言

5.2 现有核工程设计中使用的解耦分析方法

5.3 飞机撞击荷载

5.3.1 飞机撞击刚性墙

5.3.2 撞击速度的影响

5.4 撞击荷载的印证

5.4.1 Riera模型

5.4.2 压溃力计算

5.4.3 变形长度和撞击作用时间

5.4.4 撞击荷载对比分析

5.5 解耦方法研究

5.5.1 位移对比

5.5.2 加速度对比

5.5.3 应力应变对比

5.6 本章小结

第6章 大飞机撞击双钢板混凝土板贯穿计算方法研究

6.1 概述

6.2 机理分析和公式建立

6.2.1 前钢板耗散的能量

6.2.2 混凝土耗散的能量

6.2.3 后钢板耗散的能量

6.2.4 对拉钢筋耗散的能量

6.3 与试验结果的对比分析

6.4 与有限元结果的对比分析

6.4.1 钝头弹撞击无对拉钢筋的双钢板混凝土板

6.4.2 钝头弹撞击带对拉钢筋的双钢板混凝土板

6.4.3 平头弹撞击带对拉钢筋的双钢板混凝土板

6.4.4 大质量、大直径平头弹撞击带对拉钢筋的双钢板混凝土板

6.5 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 主要研究工作和结论

7.2 进一步研究工作的建议

参考文献

致谢