商用飛機撞擊核電站屏蔽廠房數(shù)值模擬*

劉晶波，韓鵬飛，鄭文凱，陸新征，林 麗

(1. 清華大學(xué)土木水利學(xué)院土木工程系，北京 100084；2. 清華大學(xué)航天航空學(xué)院工程力學(xué)系，北京 100084)

商用飛機撞擊核電站屏蔽廠房數(shù)值模擬*

劉晶波1，韓鵬飛1，鄭文凱1，陸新征1，林 麗2

(1. 清華大學(xué)土木水利學(xué)院土木工程系，北京 100084；2. 清華大學(xué)航天航空學(xué)院工程力學(xué)系，北京 100084)

為研究大型商用飛機撞擊核電站屏蔽廠房的毀傷特性，建立了Boeing 767商用飛機和雙鋼板混凝土屏蔽廠房的有限元模型，模擬兩者的相互撞擊作用過程，得到飛機不同部位(機身、發(fā)動機)對屏蔽廠房的撞擊力時程曲線，對每一個作用部分給出簡化撞擊力曲線和作用面積，確定了撞擊力分布形式。結(jié)果分析表明：飛機軸向網(wǎng)格尺寸對撞擊力影響較大；屏蔽廠房被撞擊部位變形明顯，其他區(qū)域變形較小；撞擊速度對撞擊作用時間影響較小，而對結(jié)構(gòu)響應(yīng)位移影響很大，撞擊力合力隨著撞擊速度的降低迅速下降。

固體力學(xué)；飛機撞擊；有限元模型；屏蔽廠房；撞擊力；分布形式

20世紀60年代，美國核管會對三哩島核電站的安全評估中，首次加入了飛機撞擊核電站的安全評估內(nèi)容[1]，1974年德國內(nèi)政部在設(shè)計核電站時以鬼怪式戰(zhàn)斗機的撞擊力作為飛機撞擊設(shè)計荷載[2]，而后瑞士、比利時和德國的所有核電站均明確考慮飛機的意外撞擊。上述安全評估和設(shè)計基準只是基于小型戰(zhàn)斗機或小型商用飛機的撞擊力。2001年9·11事件引起了各國對安全殼遭受大型商用飛機撞擊安全評估的關(guān)注，2009年美國核管會頒布了新的聯(lián)邦法規(guī)，使抵御大型商用飛機撞擊成為新建核電廠安全性評審的一項重要內(nèi)容[3]。歐洲國家也紛紛考慮核電廠的安全，要求重要構(gòu)筑物能夠承受大型飛機的惡意撞擊[4]。

J.D.Riera[5]提出了飛機撞擊核電站安全殼的理論簡化模型(Riera模型)，給出了飛機撞擊力的計算公式。此后，許多學(xué)者從理論分析、試驗研究、數(shù)值模擬方面來研究飛機的撞擊機理和對安全殼結(jié)構(gòu)的毀傷效應(yīng)。K.Hornyik[6]、L.Y.Bahar等[7]和T.Sugno等[8]分別對Riera模型進行了修正，Wolf等根據(jù)理論模型計算了Boeing 707-320和FB-111戰(zhàn)斗機的撞擊力，并與Riera模型的計算結(jié)果進行了對比分析[9]。上述理論模型都是一維分析模型，只考慮垂直撞擊，僅給出了撞擊合力，而不能給出撞擊力的分布形式。

W.Nachtsheim等[10]和E.Rüdiger等[11]討論了Meppen試驗的彈體、靶體等具體情況，分析表明撞擊速度以及彈體變形行為是鋼筋混凝土靶板極限承載能力的關(guān)鍵因素，靶板厚度的變化比鋼筋率的變化更能影響靶板對撞擊的響應(yīng)；另外一些學(xué)者也分別進行了縮比飛機撞擊的相關(guān)撞擊試驗，分析了撞擊的毀傷效應(yīng)[12-15]。T.Sugano等[8,16-17]進行了鬼怪戰(zhàn)斗機原型機撞擊混凝土板，以及所配裝的原型發(fā)動機和縮比發(fā)動機撞擊混凝土板的實驗研究?？s比試驗可獲得某種縮尺比例下的撞擊效應(yīng)，也可與試驗數(shù)值模擬結(jié)果對比，提高原型飛機撞擊數(shù)值模擬的可信度；原型飛機撞擊試驗雖能揭示相關(guān)撞擊機理，但比較難以實施，目前原型商用飛機的撞擊試驗未見相關(guān)報道。

Costanza等人 [2]對全球生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值（Ecosystem Services Value,ESV）進行了定量估算，其研究成果使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值評估的原理和方法從科學(xué)意義上得以明確。謝高地等人根據(jù)中國的實際情況，制定了中國陸地生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)價值，考慮到蘇州市的具體情況，確定蘇州各類型土地的生態(tài)服務(wù)價值系數(shù)（表1）。根據(jù)謝高地等人的方法計算蘇州市生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，其公式為：

數(shù)值模擬方法主要分為3類：第1類是模擬飛機撞擊的縮比試驗，把數(shù)值計算結(jié)果與實驗結(jié)果對比，通過實驗驗證數(shù)值模擬的合理性，從而為飛機原型機的撞擊提供可靠支撐[18-19]；第2類是通過Riera模型或者飛機撞擊剛性墻模型計算撞擊力曲線，將撞擊力加載到安全殼結(jié)構(gòu)上，來研究撞擊毀傷效應(yīng)[20-21]；第3類是建立飛機和核電站安全殼的數(shù)值計算模型，模擬兩者的相互撞擊作用過程[22]。第2類方法有其限制性，不能考慮飛機和被撞結(jié)構(gòu)的相互作用，加載面積較難確定，撞擊區(qū)域的毀傷效應(yīng)也較難評估，而第3類方法可以克服第2類方法的缺點，所以本文中采用第3類方法來模擬大型商用飛機對核電站屏蔽廠房的撞擊。

在小型專項農(nóng)具設(shè)計開發(fā)中引入人性化設(shè)計理念，在具體設(shè)計過程中以用戶需求為出發(fā)點，準確把握用戶需求，竭力解決攜帶問題，合理控制產(chǎn)品成本，充分考慮使用環(huán)境。依據(jù)這樣的理念設(shè)計的產(chǎn)品必將受到使用者的歡迎，人性化設(shè)計理念也必將推動農(nóng)具設(shè)計不斷向前發(fā)展。

1 計算模型

Riera模型中采用的飛機撞擊力的計算公式為[5]：

圖1 核電站尺寸Fig.1 Size nuclear power plant

目前國際上通用的核電站設(shè)計較為普遍是AP1000和CPR1000等2種方案。CPR1000采用的是內(nèi)襯鋼板布置，AP1000 采用的是內(nèi)外雙鋼板布置。本文中以AP1000核電站為原型，結(jié)合國際通用的核電站結(jié)構(gòu)尺寸對其進行合理簡化，得到核電站屏蔽廠房模型。屏蔽廠房筒體由1 m厚混凝土芯層和13 mm厚鋼面板夾芯結(jié)構(gòu)組成，筒體外半徑為22 m，高44 m；廠房頂部近似為外半徑22 m的半球形；屏蔽廠房總高度為66 m，如圖1所示。使用ANSYS/LS-DYNA有限元軟件，混凝土采用SOLID164實體單元模擬，鋼板采用SHELL163殼單元模擬。有限元模型采用共節(jié)點建模，即認為鋼板和混凝土間具有可靠連接，忽略其相對滑移。

鼓和蘆笙的配合方式，比較特別，有兩個人足夠，并不像一般意義上的“伴奏”。擊鼓時有兩種方式，一是擊鼓邊，二是擊鼓心，鼓邊、鼓心都根據(jù)蘆笙和祭奠的情形而定。但鼓的聲音比較小，僅就聲音而言，稀稀落落，不成曲調(diào)，不像蘆笙，既吹又舞，有點藝術(shù)性。

一般而言，選取的飛機需要具有很好的代表性，這涉及到飛機的飛行質(zhì)量、飛機的質(zhì)量分布，飛機的飛行量等。目前在中國的商用飛機從飛行時間和擁有數(shù)量來看，主力機型為波音737系列和空客320系列。波音737系列的質(zhì)量70～80 t，長度32～42 m；空客320系列重量在65～85 t，長度30～44 m。本文中以波音公司的Boeing 767-200ER為原型，Boeing 767-200ER是典型的大型商用客機，載客量可達255～290人，其總長度為48.5 m，翼展為47.6 m，機身直徑為5 m，如圖2所示。對Boeing 767-200ER做了相應(yīng)的簡化，飛機全部采用殼單元模擬，通過調(diào)整各部分殼單元的厚度準確定義飛機重量，添加地板和橫隔板模擬飛機內(nèi)部連接和構(gòu)造，機身材料及內(nèi)部橫隔板地板為航空鋁合金，鋁合金殼單元厚度為22 mm，發(fā)動機為鋼材，其殼單元厚度為10 mm，簡化后模型飛機總重為80 t，其中2個發(fā)動機質(zhì)量均約5 t。機身和機翼采用共用節(jié)點建模，考慮材料失效，飛機單元失效時采用EROSION算法刪除單元。飛機和核電站屏蔽廠房有限元模型如圖3所示。

圖2 Boeing 767-200ER尺寸Fig.2 Size of Boeing 767-200ER

圖3 飛機撞擊屏蔽廠房的模型Fig.3 Model of the aircraft hitting a shield building

2 本構(gòu)模型和計算參數(shù)

2.1 鋼和鋁合金材料本構(gòu)

Boeing 767-200ER的機身材料為航空用鋁合金，發(fā)動機所用的鋼材以及雙鋼板混凝土的鋼板屬于彈塑性材料，采用塑性隨動硬化(PLASTIC_KINMATIC)材料模型描述其材料本構(gòu)關(guān)系；應(yīng)變率效應(yīng)根據(jù)文獻[23]中采用Cowper-Symonds模型描述，方程為：

(1)

表1 計算參數(shù)Table 1 Calculation parameters

2.2 混凝土材料本構(gòu)

圖4 飛機撞擊剛性墻模型Fig.4 Model of the aircraft impacting on a rigid wall

圖5 軸向網(wǎng)格尺寸為0.25 m的撞擊力曲線Fig.5 Impact force curves for the circular gridding size of 0.25 m

圖6 環(huán)向網(wǎng)格為24份的撞擊力曲線Fig.6 Impact force curves for the axial gridding number of 24

混凝土材料模型為Concrete_Damage_Rel3，僅需輸入混凝土單軸抗壓強度σs、密度ρ、泊松比ν、和應(yīng)變率關(guān)系曲線即可，其他模型參數(shù)可自動生成，應(yīng)變率關(guān)系曲線采用K&C模型，該模型是在CEB模型基礎(chǔ)上改進得來[26]。在混凝土單元失效時,采用EROSION算法刪除單元，來模擬混凝土成坑和剝落等效果，混凝土本構(gòu)計算參數(shù)見表1。

式中：F(t)為瞬時撞擊力合力，pc[x(t)]為飛機在x處的瞬時壓潰力，μ[x(t)]為飛機在x處的線密度，v為飛機未變形部分的剩余速度。該方法方便有效，可計算飛機垂直撞擊剛性目標的撞擊合力。將鋼板和混凝土視為剛性體和彈性體時，混凝土的彈性模量按照(GB 50010-2010)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》 取值為31.5 MPa[29]，其他所需的計算參數(shù)和彈塑性體一致。

距被撞擊中心點上方3、5、7和9 m等4個點位移(s)曲線如圖8所示，“A”表示飛機直接撞擊方式得到的結(jié)果，“B”表示所得撞擊荷載加載方式得到的結(jié)果。圖9給出了撞擊速度為200 m/s時，采用對飛機和安全殼采用有限元模擬(彈-塑性曲線)[28]、Riera模型(Riera曲線)和將屏蔽廠房的鋼板和混凝土視為剛性體(rigid曲線)[28]和彈性體(elastic曲線)[28]的撞擊力合力之間的對比。

3 飛機撞擊核電站屏蔽廠房模擬

根據(jù)2.3節(jié)分析，將飛機的環(huán)向網(wǎng)格劃分為24份，軸向網(wǎng)格尺寸設(shè)置為0.25 m；核電站屏蔽廠房的實體單元和殼單元的網(wǎng)格尺寸設(shè)置為0.25 m。飛機撞擊核電站屏蔽廠房模擬中涉及到飛機的撞擊位置、角度和速度等。文獻[27]中指出最不利的撞擊位置在筒體和上部結(jié)構(gòu)的交接處，而垂直撞擊為屏蔽廠房整體分析中最不利的作用方式。所以模擬中采用飛機垂直撞擊核電站屏蔽廠房筒體和上部結(jié)構(gòu)的交界處，撞擊速度取為200 m/s。圖7給出了0.105和0.130 s時的撞擊圖。0.105 s時刻，機身撞擊屏蔽廠房；0.130 s時刻，發(fā)動機開始與屏蔽廠房接觸，混凝土受到飛機機身及發(fā)動機的撞擊。

圖7 撞擊過程的有限元模擬Fig.7 Finite element simulation of the impacting process

3.1 撞擊力對比

圖8 屏蔽廠房位移曲線Fig.8 Curves showing the shield building’s displacement

由于網(wǎng)格的劃分會對數(shù)值計算結(jié)果造成一定影響，為了保證結(jié)果的穩(wěn)定和考慮計算成本,利用飛機撞擊剛性墻，來分析網(wǎng)格尺寸對撞擊力F的影響，撞擊模型如圖4所示。首先，將飛機的環(huán)向網(wǎng)格劃分為12、24和48份3種情況，軸向網(wǎng)格尺寸均取為0.25 m。不同環(huán)向網(wǎng)格尺寸的撞擊力合力如圖5所示。由圖5可以看出環(huán)向網(wǎng)格采用48和24份時撞擊力曲線平穩(wěn)，效果較好，除個別尖點外，總體差別不大，說明環(huán)向尺寸對撞擊結(jié)果的影響較小。然后，將飛機的環(huán)向網(wǎng)格劃分為24份，軸向網(wǎng)格尺寸設(shè)置為1、0.25、0.125 m，撞擊力合力對比如圖6所示。通過比較圖5和6可以看出，軸向網(wǎng)格尺寸對計算的精度影響較大，當(dāng)網(wǎng)格尺寸過大時結(jié)果離散非常大，而軸向網(wǎng)格尺寸為0.125和0.25 m時結(jié)果比較接近，趨于穩(wěn)定。

圖9 撞擊合力對比Fig.9 Comparison of total impact force

1.1 屏蔽廠房模型

1.2 飛機模型

本刊訊（本刊記者）日前，由湖南省期刊協(xié)會組織的“湖南省第八屆雙十佳期刊”“湖南省第二屆優(yōu)秀內(nèi)部資料”評選工作塵埃落定。本刊等16種期刊及20種內(nèi)部資料分獲殊榮。湖南省期刊協(xié)會表示，獲得“湖南省第八屆雙十佳期刊”的16種期刊，皆創(chuàng)刊3年以上，堅持正確的政治方向和出版導(dǎo)向，有較好的輿論引導(dǎo)力、市場競爭力和文化傳播力，編校質(zhì)量優(yōu)秀、裝幀設(shè)計精美、印裝質(zhì)量良好，在傳統(tǒng)媒體與新興媒體的融合發(fā)展、創(chuàng)新發(fā)展上有新思路和新成效，在切實履行“舉旗幟、聚民心、育新人、興文化、展形象” 使命任務(wù)中作出了積極貢獻。

F(t)=pc[x(t)]+μ[x(t)]v2

(2)

2.3 飛機網(wǎng)格尺寸效應(yīng)

對于飛機直接撞擊方式，隨著距離撞擊中心點越遠撞擊響應(yīng)迅速減小，最大撞擊合力約為170 MN(如圖9中彈-塑性曲線所示)，開始撞擊力為零，這是因為初始時刻飛機與屏蔽廠房有3 m的距離。撞擊力的變化過程主要有以下幾個階段：從機頭頂端開始碰撞產(chǎn)生撞擊力，到全面積接觸產(chǎn)生第一個頂點，之后隨著飛機速度的下降，撞擊力稍有下降，到發(fā)動機碰撞時撞擊力突然增大，到達頂端，之后飛機機翼與屏蔽廠房全面接觸，撞擊力有所反彈，而后由于飛機剩余速度已經(jīng)很小，因此撞擊力不斷減小。

從圖9可以看出，Riera方法求解出的撞擊力合力與有限元數(shù)值模擬得出的結(jié)果除第2峰值處相差較大外，總體形狀吻合較好，變化趨勢比較一致，說明上述數(shù)值計算結(jié)果還是可信的；3種數(shù)值計算工況下整體作用時間、形狀及峰值相近，主要原因是飛機的剛度相對屏蔽廠房來說要小得多，屏蔽廠房的剛度變化對撞擊力的合力影響較小，說明可以假設(shè)核電站屏蔽廠房為剛性體或彈性體來估算撞擊合力。3.2 撞擊速度的影響

陸游的哀怨與不滿，一部分源于南宋中期東西部地區(qū)政治、經(jīng)濟、軍事、歷史、地理、風(fēng)俗習(xí)慣等各方面的客觀差異。作為一個出自繁華富庶、靠近京畿之地的越中山陰人④，陸游向西部“位移”⑤時，已經(jīng)46歲，其生活態(tài)度、習(xí)慣方式、人生觀乃至世界觀等等，都已經(jīng)在當(dāng)時東部地區(qū)較為發(fā)達的吳越文化中浸淫滋養(yǎng)而成，已經(jīng)成熟穩(wěn)定的“先認識結(jié)構(gòu)”左右著他的位移，注定著他帶著“越人之眼”而面對西部的蜀漢巴僰文化。

互聯(lián)網(wǎng) 20世紀60年代，美國和蘇聯(lián)卷入了古巴導(dǎo)彈危機，核戰(zhàn)爭似乎一觸即發(fā)，每個國家都在考慮核攻擊后的情景。蘭德研究員保羅·巴蘭（Paul Baran）試圖解決核攻擊后的一個問題：在核襲擊造成毀滅性后果后，如何保持官方溝通渠道的暢通。他的答案為互聯(lián)網(wǎng)提供了一個框架。

分別以150 m/s和100 m/s的速度垂直撞擊核電站屏蔽廠房，撞擊位置同200 m/s情形。撞擊力合力F、機身未破壞部分的速度v變化和屏蔽廠房殼體位移s曲線如圖10～13所示。從圖中可以看出，隨著撞擊速度的下降，撞擊力迅速下降。盡管初始撞擊速度不同，但機身未破壞部分速度降為零所用的時間接近。撞擊速度為150 m/s時，發(fā)動機約在0.165 s撞擊到核電站，此時速度約為50 m/s，發(fā)動機撞擊屏蔽廠房引起的應(yīng)力峰值不是很高，屏蔽廠房結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)也有較大的下降，并隨著距撞擊中心的距離增大而大幅下降；撞擊速度為100 m/s時，由于撞擊速度比較小，撞擊至距離機頭13 m處，飛機速度降為零，發(fā)動機沒有撞到屏蔽廠房，故撞擊力沒有出現(xiàn)由發(fā)動機撞擊引起的峰值，飛機機身與機翼交匯處也未破壞，廠房位移響應(yīng)也有較大的下降。3.3 撞擊力的分布形式

Riera模型可以給出飛機的撞擊力合力，但不能給出其分布情況，一般是將撞擊合力平均分布到機身作用面積內(nèi)，給屏蔽廠房進行加載。按照該方法將200 m/s撞擊時所得撞擊合力均布加載到屏蔽廠房上，計算結(jié)果見圖8中的“B”類曲線。從圖8中可以看出，采用對飛機直接撞擊進行數(shù)值模擬和將Riera模型的撞擊力加載到廠房上這兩種方式的結(jié)果差異較大，這說明不能簡單地將荷載均勻分布在機身作用面積上，而必須考慮不同部位的荷載大小及分布。

如圖2A所示，5 ℃貯藏的商品鱗莖中自10～20th d，外層鱗葉與內(nèi)層鱗葉的GA3含量均先顯著上升，在30th d時稍下降為然后又持續(xù)上升，至60th d時達到高點。相較而言，外層鱗葉GA3的含量在貯藏30 d后稍高于內(nèi)層鱗葉。25 ℃貯藏商品鱗莖的GA3含量在整個儲藏期間表現(xiàn)為持續(xù)緩慢上升，外層鱗葉與內(nèi)層鱗葉差異不大，只是在60th d 時，外層鱗葉GA3含量高于內(nèi)層鱗葉。

圖10 不同撞擊速度對撞擊合力的影響Fig.10 Influence of impact velocity on total impact force

圖11 飛機機身未破壞部分的速度對比Fig.11 Velocity comparison of undamaged fuslage

圖12 150 m/s撞擊速度下的屏蔽廠房位移曲線Fig.12 Curves showing the shield building’s displacement at the impact velocity of 150 m/s

圖13 100 m/s撞擊速度下的屏蔽廠房位移曲線Fig.13 Curves showing the shield building’s displacement at the impact velocity of 100 m/s

本文中的撞擊力分布是根據(jù)撞擊作用面積內(nèi)的接觸力來討論分析的，將屏蔽廠房與飛機的接觸作用面分為3個部分，第1個部分與機身接觸，作用面為機身截面，即半徑約為2.6 m的圓；第2個部分與發(fā)動機接觸，作用面為2個發(fā)動機截面，每個截面分別為半徑約1.3 m的圓，圓心距飛機軸線為7 m；第3部分為飛機其它部分與屏蔽廠房接觸，主要是機翼等。飛機撞擊區(qū)域劃分如圖14所示。由于第3部分的接觸面積較難確定，機身與機翼的連接處存在較大的集中質(zhì)量，所以第1部分的面積要比機身截面面積大一些，并考慮單元尺寸形狀為方形，將機身截面等效為邊長為6 m正方形；同樣對于發(fā)動機的接觸面積也作了一定放大，發(fā)動機截面等效為邊長4 m正方形，這樣也會包含機翼的一部分面積。這樣得出的分布撞擊力比實際分布撞擊力要大一些。加載面積取為機身和發(fā)動機的截面積。

圖15給出了第1部分和第2部分撞擊力以及兩部分撞擊力合力與全部撞擊力的對比情況。由圖15(a)可以看出，第1部分和第2部分的撞擊合力占了全部撞擊力的絕大部分，而第3部分剩余的撞擊力相對比較小。經(jīng)過上述分析，將整個撞擊力近似分為第1部分和第2部分。為了利于工程設(shè)計，可將撞擊力曲線進行近似簡化，簡化的原則是簡化曲線盡量包絡(luò)計算給出的撞擊力時程曲線，且2種曲線的總沖量相同。圖15(a)～(b)給出了不同部分相對應(yīng)的撞擊力時程曲線，圖15(c)給出了總的簡化曲線與數(shù)值模擬結(jié)果對比，總沖量差距7%以內(nèi)。通過上述方法即可完成撞擊力合力的分配，在工程設(shè)計時完成荷載的分別加載。

圖14 飛機撞擊區(qū)域劃分Fig.14 Reginal division of aircraft impact

圖15(a) 第1部分撞擊力與全部撞擊力對比Fig.15(a) Comparison of the first part of impact force and total impact force

圖15(b) 第2部分撞擊力與全部撞擊力對比Fig.15(b) Comparison of the second part of impact force and total impact force

圖15(c) 兩部分撞擊力疊加與全部撞擊力對比Fig.15(c) Comparison of the superposition of two parts of the impact force and total impact force

4 結(jié) 論

建立飛機和核電站屏蔽廠房的數(shù)值計算模型，模擬和討論兩者的相互撞擊作用過程，即采用耦合的方法對大型商用飛機撞擊雙鋼板混凝土屏蔽廠房進行了數(shù)值模擬和討論分析，得出以下結(jié)論。

(1) 討論了飛機環(huán)向和軸向網(wǎng)格尺寸對撞擊力的影響，相比較而言軸向網(wǎng)格尺寸對撞擊力的影響較大；屏蔽廠房被撞擊部位變形明顯，其他區(qū)域變形較小。

（2）重視核心技術(shù)研發(fā)，加大基礎(chǔ)研究投入力度。美國高度重視基礎(chǔ)研究，掌握諸多領(lǐng)域核心技術(shù)，占據(jù)長期科技創(chuàng)新發(fā)展優(yōu)勢。中國在基礎(chǔ)研究投入及產(chǎn)出上仍有較大發(fā)展空間，雖然基礎(chǔ)研發(fā)總投入在不斷增長，但基礎(chǔ)研究經(jīng)費占總研發(fā)投入比重較小。未來中國不僅要形成多元化的科技創(chuàng)新模式，更要集中力量打破因核心技術(shù)缺失帶來的桎梏。

(2) 撞擊速度對撞擊作用時間影響較小，撞擊力合力隨著撞擊速度的降低迅速下降，撞擊速度對結(jié)構(gòu)響應(yīng)位移影響也很大。

(3) 對荷載的分布形式做了進一步的研究，提取屏蔽廠房上與飛機不同部位(機身、發(fā)動機)接觸區(qū)域的撞擊力時程，對每一個作用部分給出簡化曲線和作用面積，確定撞擊力分布形式，可在屏蔽廠房工程設(shè)計時分別加載。

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(責(zé)任編輯 王小飛)

Numerical investigation of shield building for nuclear power plant subjected to commercial aircraft impact

Liu Jingbo1, Han Pengfei1, Zheng Wenkai1, Lu Xinzheng1, Lin Li2

(1.DepartmentofCivilEngineering,SchoolofCivilEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China;2.DepartmentofEngineeringMechanics,SchoolofAerospace,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)

To study damage characteristics of the shield building for nuclear power plant subjected to a large commercial aircraft impact, finite element models for Boeing 767 commercial aircraft impacting on a shield building made of steel-concrete-steel sandwich panels are established to simulate the impact process. The following results were achieved: the aircraft's axial mesh size greatly influences the impact force; some parts of the shield building hit by the aircraft undergo significant deformations while the deformation is smaller in the other parts; the impact velocity has little effect on the impact duration but a great effect on the structural response displacement, and the total impact force rapidly declines with the impact velocity decreasing. The impact force arising from different parts of the aircraft hitting the shield building are given, the simplified curve and the load area of different impact forces are obtained, which will contribute to the determination of the impact force distribution form, thus providing a positive help to the engineering design of shield buildings.

solid mechanics; aircraft impact; shield building; finite element simulation; impact force; distribution form

10.11883/1001-1455(2016)03-0391-09

2014-10-28；

2015-08-25

國家科技重大專項項目(2011ZX06002-10)

劉晶波(1956- )，男，博士，教授，liujb@tsinghua.edu.cn。

O381國標學(xué)科代碼：13015

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