单层柱面简支钢网壳受冲击荷载作用下的动力响应研究

摘要

随着时代发展,越来越多的大跨空间结构被应用于公共建筑之中,然而冲击事件时有发生,冲击荷载具有作用时间短、破坏力强的特点,一旦大跨空间结构遭受冲击作用,可能造成十分严重的后果。
　　在此背景下,本文通过数值模拟和物理模型试验,针对单层柱面简支钢网壳受到外物撞击时的力学性能进行研究,并总结了该网壳的失效模式,得到以下结论:
　　(1)进行单层柱面简支钢网壳结构冲击荷载作用下数值模拟,在不同冲击物质量和速度参数情况下,基于结构的动力响应和结构杆件失效情况,表明单层柱面钢网壳在冲击荷载作用下具有结构轻微损伤、结构局部凹陷、结构整体倒塌、高速冲切破坏失效模式,并对不同失效模式分析了其动力响应特征;
　　(2)进行了单层柱面简支钢网壳冲击荷载作用下的冲击物理试验,试验表明,单层柱面钢网壳结构在不同等级和不同冲击点处冲击荷载作用下具有三角形脉冲状撞击力特征和不同幅值,基于节点位移、杆件轴向应变等冲击动力响应,提出柱面网壳冲击失稳指标,并与有限元模型结果对比,验证了单层柱面简支钢网壳局部凹陷失效模式;
　　(3)数值模拟和试验分析结果表明了冲击荷载作用下的网壳结构失效机理实质为冲击物动能与网壳结构应变能、动能之间的转化规律,即:撞击物动能→改变柱面网壳的势能→网壳的动能、应变能,实现了网壳结构的能量从冲击区域向非冲击区域阶段性传递,并呈现显著波动特征。

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1绪论

1.1 课题研究背景及意义 (Background and Significance of Subject）

1.2冲击荷载研究 (Research on Impact Load)

1.3课题研究现状 (Research Statues)

1.4主要工作 (Main Work)

1.5技术路线 (Technical Route)

2单层柱面简支钢网壳结构冲击响应分析方法

2.1引言 (Introduction)

2.2有限元数值分析理论 (The Finite Element Theory)

2.3 基于 ANSYS/LS-DYNA 数值冲击模拟技术 (Numerical Simulation Technology of Impact based on ANSYS/LS-DYNA)

2.4 单层网壳结构的稳定性 (The Stability of Single-layer Reticulated Shell)

2.5本章小结 (Chapter Summary)

3单层柱面简支钢网壳结构冲击动力响应研究

3.1引言 (Introduction)

3.2单层柱面简支钢网壳受到外物撞击的数值模拟 (Numerical Simulation of Single-Layer Latticed Cylindrical Shell under Impact)

3.3重力效应对单层柱面简支钢网壳冲击性能影响分析 (The Analysis of Gravity Effect for Single-layer Cylindrical Reticulated Simply Supported Steel Shell under Impact)

3.4不同冲击点作用柱面网壳结构动力响应对比分析 (Dynamic Response Analysis on Different Positon of Single-layer Cylindrical Reticulated Simply Supported Steel Shell under Impact )

3.5本章小结 (Chapter Summary)

4单层柱面简支钢网壳受冲击荷载下的失效模式

4.1引言 (Introduction)

4.2失效模式一：结构轻微损伤 (Mode1:Slight Damage)

4.3失效模式二：结构局部凹陷 (Mode2:Local Depression)

4.4失效模式三：结构整体倒塌 (Mode3:Overall Collapse)

4.5失效模式四：冲切破坏 (Mode4:Punch Failure)

4.6各失效模式下稳定性分析 （The Stability of Each Mode）

4.7本章小结（Chapter Summary）

5单层柱面简支钢网壳受冲击荷载试验研究

5.1引言 (Introduction)

5.2试验方案设计 (Experiment Schematic Design)

5.3试验过程及内容 (Experiment Process and Content)

5.4 单层柱面简支钢网壳结构模型试验结果分析 (Analysis Experiment Results of Single-layer Cylindrical Reticulated Simply Supported Steel Shell Model)

5.5试验模型数值模拟分析 (Analysis Numerical Simulation of Experiment Model)

5.6本章小结 (Chapter Summary)

6结论与展望

6.1结论 (Conclusion)

6.2展望 (Prospect)

参考文献

作者简历

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