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大尺度氢气泄爆实验模型的动力响应监测及其演化机理研究

氢气泄爆，大尺度ISO标准容器，动力学响应，现场环境振动测试，基准有限元模型

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氢能因其环保高效等优点，被公认为21世纪最具发展前景的清洁能源，但其本身具有易燃、易爆、易泄露等特点，极易发生爆炸事故。泄爆作为爆炸防护的重要手段之一，能够有效减轻或避免爆炸导致的灾难性后果，然而对氢气泄爆作用下结构动力响应的研究还很少。为此，本文利用项目自主搭建的大尺度ISO标准容器全尺寸模型（12m×2.5m×2.5m），开展了一系列动力测试及氢气泄爆实验，主要工作包括：分不同测组对结构进行了现场环境振动测试，并通过模态分析方法获得结构实际动力特性，进而利用有限元修正技术，建立了结构基准有限元模型，经实验验证了该模型的准确性，为后续动力响应分析提供了基础，此外，数值模拟结果表明，加筋肋的存在有效提高了结构抗爆能力，但结构纵向各面振型仍与四边固支薄板相类似；以同步采集系统为基础，通过布置传感器，监测不同工况下泄爆过程中结构内壁超压荷载、外壁位移及加速度变化，研究表明，由于结构纵向尺寸较大，各测点超压峰值不同。对于不同工况，超压峰值数目有所不同，其中，首个超压峰值对结构变形起主导作用，同时，由于超压荷载作用时间相对结构固有周期较长，结构响应模式与准静态荷载作用下相类似，且结构中部刚度较大，使得舱体中间变形均小于两端；综合分析各因素的影响，结果表明，泄爆装置和障碍物对结构变形有着显著影响，当顶部泄爆系数达到2.63后，继续增加泄爆面积结构抗爆能力无明显提高，而当泄爆口全开时，氢气当量比对结构变形影响不大。