钢柱受冲击时的冲击荷载研究

摘要

作为钢结构瞬时动力荷载效应和坍塌控制研究的基础，本文对钢柱受冲击过程进行了数值仿真，着重研究了钢柱在受冲击时的冲击荷载。 文中使用ABAQUS有限元软件进行计算，重点研究冲击荷载，分别用杆单元和壳单元模拟实心柱和薄壁方管柱受到不同质量、速度的刚体、弹性体和弹塑性体冲击时的冲击荷载。 从计算结果可以得出以下结论：刚体撞击弹性体的冲击荷载数值解和解析解非常相近，且数值解有合理的升压段。对于刚体撞击弹性杆的冲击荷载，在质量比不变的情况下，冲击荷载和初速度成正比，与质量比成反比。对于刚体撞击弹塑性杆的冲击荷载，由于塑性对应力波的延迟效应，滞后了后续荷载上升段的开始时间。且速度越大，延迟效应越明显。延迟的时间就是塑性段持续的时间。弹性体撞击弹性杆的冲击荷载，刚度越大，冲击荷载越大，接触时间越长。弹性体撞击弹塑性杆的冲击荷载峰值比弹塑性体撞击弹塑性杆的大且接触时间短。对于刚体撞击弹性方管时的冲击荷载与撞击弹性杆时的冲击荷载规律相似。刚体撞击弹性方管所受到的冲击荷载与相同参数下杆模型的冲击荷载计算结果在未发生局部屈曲时很相似，大小和形状基本相同；当方管出现局部屈曲变形时，冲击荷载峰值比杆的小，接触时间延长。荷载峰值变化的大小和接触时间的变化与速度和质量比有关。刚体撞击弹塑性方管时的冲击荷载亦存在塑性对应力波的延迟效应。刚体撞击弹塑性方管柱受到的冲击荷载峰值比刚体撞击弹塑性杆的冲击荷载小。当方管开始发生屈曲，冲击荷载峰值比杆的小，并且接触时间延长。峰值大小和延长的时间与速度和质量比有关。速度越大，质量比越小，方管同杆的冲击荷载差别就越大。弹性体撞击弹性方管柱的冲击荷载峰值和相同条件下杆的冲击荷载相近。对于方钢管，弹塑性体撞击弹塑性方管柱的冲击荷载同弹性体撞击弹塑性方管的冲击荷载大小和形式相似。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

第二章有限元接触问题的理论基础

第三章杆受刚体冲击时的冲击荷载

第四章杆受弹性、弹塑性体撞击时的冲击荷载

第五章方管受刚体冲击时的冲击荷载

第六章弹性、弹塑性体撞击方管时的冲击荷载

第七章结论与展望

参考文献

致谢

作者简历