ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ КОЛЕБАНИЙ НА ОТКЛИК СТЕКЛЯННЫХ ПАНЕЛЕЙ ПРИ БЛИЖНИХ ВЗРЫВАХ: СРАВНЕНИЕ МОДЕЛЕЙ МКЭ И SDOF
ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ КОЛЕБАНИЙ НА ОТКЛИК СТЕКЛЯННЫХ ПАНЕЛЕЙ ПРИ БЛИЖНИХ ВЗРЫВАХ: СРАВНЕНИЕ МОДЕЛЕЙ МКЭ И SDOF
DOI:
https://doi.org/10.22337/2587-9618-2026-22-1-118-132Ключевые слова:
стеклянная панель, ближний взрыв, метод конечных элементов, модель SDOF, высшие формы колебанийАннотация
Поведение стеклянных панелей при взрывных воздействиях обычно описывается моделями SDOF, основанными на фундаментальной форме колебаний. Однако при ближних взрывах с короткой длительностью импульса значимыми становятся высшие формы. В работе с использованием метода конечных элементов исследован динамический отклик панелей различной толщины и размеров при кратковременных нагрузках. Рассмотрены прогибы, изгибные и касательные напряжения. Показано, что модель SDOF удовлетворительно предсказывает максимальный прогиб, но существенно занижает пиковые напряжения. Для оценки расхождений предложена степенная зависимость от отношения длительности импульса к собственному периоду колебаний. Результаты выявляют ограничения классических моделей SDOF и необходимость учёта высших форм при проектировании остекления, подверженного ближним взрывам.
Библиографические ссылки
X. Zhang and C. Bedon, “Vulnerability and Protection of Glass Windows and Facades under Blast: Experiments, Methods and Current Trends,” Int. J. Struct. Glass Adv. Mater. Res., vol. 1, no. 2, pp. 10–23, Feb. 2017, doi: 10.3844/sgamrsp.2017.10.23.
C. Bedon et al., “Performance of structural glass facades under extreme loads – Design methods, existing research, current issues and trends,” Constr. Build. Mater., vol. 163, pp. 921–937, Feb. 2018, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2017.12.153.
H. S. Norville, Natalie Harvill, Edward J. Conrath, and Sheryll Shariat, “Glass-Related Injuries in Oklahoma City Bombing,” J. Perform. Constr. Facil., vol. 13, no. 2, pp. 50–56, May 1999.
S. Das Adhikary, “Review of Glazing and Glazing Systems under Blast Loading,” Pract. Period. Struct. Des. Constr., vol. 21, no. 1, Feb. 2016, doi: 10.1061/(asce)sc.1943-5576.0000264.
L. Figuli, Z. Zvaková, and C. Bedon, “Design and Analysis of Blast Loaded Windows,” Procedia Eng., vol. 192, pp. 177–182, 2017, doi: 10.1016/j.proeng.2017.06.031.
J. Rudshaug, K. O. Aasen, O. S. Hopperstad, and T. Børvik, “A physically based strength prediction model for glass,” Int. J. Solids Struct., vol. 285, p. 112548, Dec. 2023, doi: 10.1016/j.ijsolstr.2023.112548.
K. Fischer and I. Häring, “SDOF response model parameters from dynamic blast loading experiments,” Eng. Struct., vol. 31, no. 8, pp. 1677–1686, Aug. 2009, doi: 10.1016/j.engstruct.2009.02.040.
K. Lee and J. Shin, “Equivalent single-degree-of-freedom analysis for blast-resistant design,” Int. J. Steel Struct., vol. 16, no. 4, pp. 1263–1271, Dec. 2016, doi: 10.1007/s13296-016-0073-0.
S. Chen, X. Chen, G.-Q. Li, and Y. Lu, “A theoretical study on the P-I diagram of framed monolithic glass window subjected to blast loading,” Eng. Struct., vol. 150, pp. 497–510, Nov. 2017, doi: 10.1016/j.engstruct.2017.07.055.
AS1288, Glass in building-Selection and installation, Sydney, NSW., 2006.
J.O. Hallquist, LS-DYNA Theory Manual. Livermore, CA: Livermore Software Technology Corporation, 2006.
T. Belytschko, J. I. Lin, and C.-S. Tsay, “Explicit algorithms for the nonlinear dynamics of shells,” Comput. Methods Appl. Mech. Eng., vol. 42, no. 2, Feb. 1984.
J. Wei, M. S. Shetty, and L. R. Dharani, “Failure analysis of architectural glazing subjected to blast loading,” Eng. Fail. Anal., vol. 13, no. 7, pp. 1029–1043, Oct. 2006, doi: 10.1016/j.engfailanal.2005.07.010.
R. Zhang, X. Zhai, X. Zhou, P. Li, and X. Zhi, “Experimental and numerical study of annealed glass subjected to low-velocity impact: Simulation of windborne debris impact,” J. Build. Eng., vol. 106, p. 112504, Jul. 2025, doi: 10.1016/j.jobe.2025.112504.
M.L. Bucalem and K.J. Bathe, “Finite Element Analysis of Shell Structures,” Arch. Comput. Methods Eng., vol. 4, no. 1, pp. 3–61, 1997.
N. T. K. Lam, E. F. Gad, I. Nurhuda, and I. Calderone, “Impact Resistance of Annealed Glass Panels,” J. Perform. Constr. Facil., vol. 25, no. 5, pp. 422–432, Oct. 2011, doi: 10.1061/(asce)cf.1943-5509.0000181.
A. W. D. Q. R. Reis, R. B. Burgos, and M. F. F. D. Oliveira, “Nonlinear Dynamic Analysis of Plates Subjected to Explosive Loads,” Lat. Am. J. Solids Struct., vol. 19, no. 1, 2022, doi: 10.1590/1679-78256706.
T. Krauthammer and A. Altenberg, “Negative phase blast e!ects on glass panels,” Int. J. Impact Eng., vol. 24, pp. 1–17, 2000.
A. Ullah, F. Ahmad, H.-W. Jang, S.-W. Kim, and J.-W. Hong, “Review of analytical and empirical estimations for incident blast pressure,” KSCE J. Civ. Eng., vol. 21, no. 6, pp. 2211–2225, Sep. 2017, doi: 10.1007/s12205-016-1386-4.
O. R. Hansen, P. Hinze, D. Engel, and S. Davis, “Using computational fluid dynamics (CFD) for blast wave predictions,” J. Loss Prev. Process Ind., vol. 23, no. 6, pp. 885–906, Nov. 2010, doi: 10.1016/j.jlp.2010.07.005.
D. Mohotti, K. Wijesooriya, and S. Weckert, “A simplified approach to modelling blasts in computational fluid dynamics (CFD),” Def. Technol., vol. 23, pp. 19–34, May 2023, doi: 10.1016/j.dt.2022.11.006.
TM5-1300, Structures to Resist the Effects of Accidental Explosions. Washington, DC: US Department of Army, 1990.
X. Nian, Q. Xie, X. Kong, Y. Yao, and K. Huang, “Experimental and numerical study on protective effect of RC blast wall against air shock wave,” Def. Technol., vol. 31, pp. 567–579, Jan. 2024, doi: 10.1016/j.dt.2022.11.005.
G. Randers-Pehrson and K. A. Bannister, Airblast Loading Model for DYNA2D and DYNA3D. Army Research Laboratory, 1997.
M. D. Netherton and M. G. Stewart, “The effects of explosive blast load variability on safety hazard and damage risks for monolithic window glazing,” Int. J. Impact Eng., vol. 36, no. 12, pp. 1346–1354, Dec. 2009, doi: 10.1016/j.ijimpeng.2009.02.009.
I. Nurhuda, N. T. K. Lam, H. Jiang, and E. F. Gad, “Simulation of Crack Propagation in Glass Panels Using Finite Element Analysis,” Aust. J. Struct. Eng., vol. 12, no. 3, pp. 225–236, 2011.
I. Nurhuda, N. T. K. Lam, E. F. Gad, and I. Calderone, “Estimation of strengths in large annealed glass panels,” Int. J. Solids Struct., vol. 47, no. 18–19, pp. 2591–2599, 2010.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 International Journal for Computational Civil and Structural Engineering
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-ShareAlike» («Атрибуция — Некоммерческое использование — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.
