刚性质量块撞击简支梁多次弹塑性接触模型研究

摘要

多次弹塑性撞击问题，涉及材料的动态力学性能、弹塑性应力波传播以及结构的塑性动力响应，成为近年来的研究热点之一。结构撞击与局部接触密切相关，不同的接触模型，会对结构弹塑性动力学响应产生影响。本文采用三种不同的局部接触模型：Johnson钝压入模型(BI模型)、单轴压缩模型(UC模型)以及弹塑性剪切变形模型(EPS模型)，研究了圆柱头刚性质量块与简支梁的多次弹塑性撞击问题。利用有限差分法，得到了简支梁多次撞击过程的弹塑性结构动力响应，比较了不同接触模型对理想弹塑性简支梁动力学行为的影响。 本文的工作主要包括： (1)在Euler-Bemoulli梁理论基础上，考虑梁的转动惯性效应，建立了刚性质量块横向撞击简支梁的动力学控制方程，利用有限差分法的原理，引入时间差分技术求解简支梁的弹塑性动力响应。 (2)分别采用BI、UC以及EPS三种局部接触模型，建立了在多次弹塑性撞击条件下，接触力-压下量之间的关系；在此基础上，研究刚体与简支梁多次弹塑性撞击过程中，撞击过程和分离过程的动力学响应，并给出合理的的撞击-分离切换条件，能够有效的衔接多次撞击过程中的撞击过程和分离过程，实现了对弹塑性多次撞击过程的分析。 (3)采用VC++计算程序包对多次弹塑性撞击过程进行仿真，得到了多次弹塑性撞击过程中接触力、弯矩、应力以及能量等随时间的变化曲线。研究表明，BI、UC及EPS三种不同的多次弹塑性撞击局部接触模型对接触力变化影响较大，主要体现在首次撞击和两次撞击密集区域接触力的峰值大小不同；对于弯矩以及应力的影响相对微弱，主要差别集中在首次撞击过程，第二次密集撞击区域也有些许差异；能量分配的差异不明显，局部能量耗散占总输入能比例较小，对撞击过程能量分配影响不大，这也验证了结构塑性动力学在研究能量耗散时忽略局部接触变形的合理性。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1工程背景和意义

1.2梁结构撞击问题的研究现状及进展

1.2.1工程应用中的梁模型

1.2.2梁横向撞击研究的历史与进展

1.3多次弹塑性撞击现象的研究

1.4碰撞-接触问题的研究进展

1.4.1碰撞-接触的研究

1.4.2局部接触理论的研究进展

1.5本文的主要工作

2梁的动力学理论及其数值分析方法

2.1引言

2.2基本假定和控制方程

2.2.1基本假定

2.2.2控制方程

2.3离散形式的控制方程与求解

2.3.1有限差分法

2.3.2控制方程的离散形式

2.3.3控制方程的求解

2.4本章小结

3刚性质量块对简支梁多次弹塑性撞击的研究方法

3.1引言

3.2系统撞击模型

3.3多次撞击局部接触模型

3.3.1 BI局部接触模型

3.3.2 UC局部接触模型

3.3.3 EPS局部接触模型

3.4刚性块与简支梁多次弹塑性撞击的动力响应

3.4.1多次弹塑性撞击的控制方程

3.4.2有限差分求解结构多次撞击响应

3.4.3初始条件、撞击与分离切换条件

3.5本章小结

4不同接触模型对结构多次弹塑性撞击动力响应的影响

4.1引言

4.2弹塑性多次撞击动力学响应

4.2.1接触力响应

4.2.2弯矩分布

4.2.3应力状态

4.2.4能量耗散的研究

4.3本章小结

5总结与展望

5.1全文总结

5.2展望

致谢

参考文献