跨界组合：火灾与结构响应分析（KFX & USFOS）

当地时间2021年7月2日凌晨，墨西哥国家石油公司（Pemex）位于尤卡坦半岛坎佩切州（Cmpeche）的西部海域，其连接钻井平台的水下管道发生气体泄漏。

海上燃起熊熊大火，火焰巨大，宛如“火眼”，大火在持续了大约5个多小时后被扑灭。

海上一旦发生火灾，不同于岸上，

救援设施和设备都比较有限，

如何预防火灾事故发生

我们应该从源头进行分析。

接下来，跟着小安来一起来学习吧~

现在许多问题需要跨学科的合作，火灾、爆炸对结构的影响就是其中之一。海上设施发生火灾或爆炸可能会对结构安全造成威胁。API RP 2FB 定义了海上设施防火和防爆设计的推荐做法，并讨论了 3 种分析方法，分别是筛选分析、强度水平分析和延展性水平分析。

▲火灾对结构影响分析流程

在开始分析前，用户需要确定分析的目标，如：

○ 是否容许整体结构倒塌

○ 是否允许结构有局部变形和屈服

○ 是否容许关键设备/防火墙倒塌

○ 材料的应变极限

海上装置起火涉及复杂的几何形状，为了获得与时间相关的火灾结果，推荐使用CFD方法。

假设一台压力容器发生泄漏，如下图所示。

我们使用KFX软件进行火灾模拟，软件将自动生成k2f files 文件，内容包含如下信息：

◇ 火灾的热辐射通量

◇ 结构表面附近的气体温度

◇ 表面的对流传热系数。

▲7m高程处温度场

使用FAHTS软件将KFX计算的结果文件（k2f files）和USFOS的结构文件进行组合，计算得到结构物的时域温度场，同时生成温度载荷数据文件（BELTEMP文件）。

▲结构热传导时域结果展现

将温度载荷数据（BELTEMP文件）导入USFOS，进行非线性结构响应分析。

▲火灾后的结构变化

通过结构分析后，得出以下结论（该案例的输入条件可以查阅DNV火灾结构响应软件指导手册）：

○ 钢体表面的最高温度是多少

○ 火灾持续作用1小时结构整体完整性如何，是否倒塌

○ 是否有局部失效的钢梁及缓解措施

○ 被动防火保护的重量

○ 加固成本如何

○ 优化钢结构在特定温度下的“正常”失效程序

用户要完成上述工作，不需要额外的文件格式处理，软件将自动生成文件，进行数据转换。同时，用户可以使用上述组合进行陆上建筑的火灾、爆炸结构响应分析。

DNV火灾结构响应组合工具：

KFX-全球领先的火灾爆炸计算流体力学软件

FAHTS- KFX & USFOS 耦合工具

USFOS- 全球领先的非线性有限元结构响应软件

以下动画展示了

完整的KFX-USFOS结合效果