【摘要】：隨著人類社會復(fù)雜程度日益加深,結(jié)構(gòu)在使用階段遭受炸彈爆炸和汽車碰撞等這類極端偶然荷載作用的風(fēng)險也在加大。大跨網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)一般都是人流量較大的重要建筑,一旦在極端偶然事件下發(fā)生破壞甚至倒塌,都可能會造成無法估量的嚴(yán)重后果。這類極端偶然作用往往能夠在很大程度上簡化為沖擊荷載,結(jié)構(gòu)在這種荷載的作用下必然會出現(xiàn)一定程度的破壞。因此,研究在沖擊荷載作用下大跨網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的動力性能有著迫切的現(xiàn)實意義。這要求我們必須對沖擊荷載下單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)特性與防護(hù)方法及措施展開詳細(xì)的研究。本文將通過理論分析、數(shù)值模擬和試驗研究相結(jié)合的方法,展開對不同沖擊荷載下單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的動力性能分析及結(jié)構(gòu)計算方法研究,并提出合理有效的抗沖擊措施。主要的研究內(nèi)容有:(1)利用顯式動力分析程序ANSYS/LS-DYNA進(jìn)行數(shù)值模擬分析,自編前處理子程序建立幾何模型,桿件材料選擇適用于沖擊作用的Cowper-Symbols率相關(guān)本構(gòu)模型方程,接觸算法為基于罰函數(shù)法的點面接觸。闡述了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在沖擊荷載作用下的動力響應(yīng)分析方法,并提出了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖擊動力分析時數(shù)值模型的實現(xiàn)方法。(2)選用K6型單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)作為分析模型,展開在沖擊荷載作用下單層網(wǎng)殼的全過程動力分析,研究了在不同沖擊荷載下單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)特點與沖擊響應(yīng)模式,提出結(jié)構(gòu)不同沖擊響應(yīng)模式的各臨界狀態(tài)判斷指標(biāo),計算出不同沖擊響應(yīng)模式之間所對應(yīng)的臨界能量,并從結(jié)構(gòu)吸收能量的角度揭示網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理。將網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在沖擊荷載作用下的沖擊響應(yīng)模式和破壞等級結(jié)合起來,提出了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的動力判別指標(biāo)和性能等級分類以及相應(yīng)的控制量化指標(biāo)。(3)進(jìn)行基于不同沖擊荷載加載點的單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)研究,得到網(wǎng)殼的最不利加載點。提出適合于單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊碰撞問題的動力穩(wěn)定性判定準(zhǔn)則,在結(jié)構(gòu)最不利加載點處施加沖擊荷載,分析結(jié)構(gòu)的動力穩(wěn)定性。結(jié)合動力響應(yīng)特性和沖擊響應(yīng)模式得到?jīng)_擊荷載作用下單層網(wǎng)殼動力失穩(wěn)的臨界能量區(qū)域以及沖擊能量與位移之間的關(guān)系,并從結(jié)構(gòu)矢跨比、跨度等方面對結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)分析。(4)研究了帶下部支承柱單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的抗沖擊動力性能,基于對468個工況的分析,對支承部位及上部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)特征展開研究�？偨Y(jié)了下部支承柱受沖擊作用時,整體結(jié)構(gòu)的沖擊響應(yīng)模式以及結(jié)構(gòu)在各種沖擊響應(yīng)模式中的動力響應(yīng)特征和能量傳遞轉(zhuǎn)換關(guān)系;并分別對不同沖擊點高度、沖擊物質(zhì)量及速度三個參數(shù)進(jìn)行規(guī)律性研究。將上下部結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性的桿件所占比例和結(jié)構(gòu)變形的大小為基本指標(biāo),將帶下部支承柱受沖擊作用時,網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的破壞程度劃分為:基本完好,輕微破壞,中等破壞,嚴(yán)重破壞四個等級,并提出了每種破壞等級相對應(yīng)的評判指標(biāo)。(5)分別對大比例的落地網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)模型與帶下部支承鋼管柱網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行沖擊試驗研究,沖擊試驗在本課題團(tuán)隊自行設(shè)計的沖擊試驗臺上進(jìn)行,借助高速攝影機(jī)拍攝沖擊歷程、網(wǎng)殼變形及破壞形態(tài),通過動態(tài)應(yīng)變儀、位移傳感器和加速度傳感器得到了在沖擊荷載下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵桿件和關(guān)鍵節(jié)點的時程響應(yīng)數(shù)據(jù)。對比分析試驗結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果,研究了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)特點與傳播規(guī)律,驗證了網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊響應(yīng)模式和數(shù)值模擬的正確性。(6)依據(jù)分析得到的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在沖擊荷載作用下的動力特性,基于凱威特型單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件靈敏度和關(guān)鍵構(gòu)件的分布情況,得出K6型單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中的第三環(huán)是臨界區(qū)域。提出四種網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)抗沖擊方法,從結(jié)構(gòu)冗余度和抗沖擊性能兩方面對抗沖擊防護(hù)設(shè)計效果進(jìn)行驗證。結(jié)果表明,補(bǔ)強(qiáng)高靈敏度的構(gòu)件,能夠從一定程度上提高網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的冗余度,使得在用鋼量增加不多的情況下可以有效的提高結(jié)構(gòu)的抗沖擊能力。此外,結(jié)構(gòu)中全部或部分使用方鋼管可以對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)起到較好的抗沖擊效果。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TU399

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 尹弘峰;王多智;黃明;;沖擊作用下單層柱面網(wǎng)殼的失效模式[J];低溫建筑技術(shù);2014年03期

2 路國運;管文博;楊會偉;韓志軍;雷建平;;半球殼準(zhǔn)靜態(tài)壓縮下的變形行為研究[J];高壓物理學(xué)報;2014年02期

3 譚思博;侯兵;李玉龍;趙涵;;基體材料對鋁蜂窩動態(tài)強(qiáng)化特性的影響[J];爆炸與沖擊;2015年01期

4 樊喜剛;尹西岳;陶勇;陳明繼;方岱寧;;梯度蜂窩面外動態(tài)壓縮力學(xué)行為與吸能特性研究[J];固體力學(xué)學(xué)報;2015年02期

5 王秀麗;馬肖彤;李俊杰;;基于不同加載點的沖擊荷載作用下單層球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)研究[J];空間結(jié)構(gòu);2014年02期

6 鄒猛;于用軍;張榮榮;魏燦剛;王會霞;;仿牛角結(jié)構(gòu)薄壁管吸能特性仿真分析[J];吉林大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版);2015年06期

7 王鵬飛;徐松林;李志斌;鄭航;胡時勝;;泡沫鋁在SHPB高溫動態(tài)下的變形過程研究[J];實驗力學(xué);2013年04期

8 任潤國;尉慶國;王秒秒;;汽車薄壁直梁抗彎曲特性的仿真研究[J];汽車實用技術(shù);2014年03期

9 謝素超;周輝;;Multi-objective optimisation of a vehicle energy absorption structure based on surrogate model[J];Journal of Central South University;2014年06期

10 謝素超;周輝;梁習(xí)鋒;任鑫;;Contrastive analysis and crashworthiness optimization of two composite thin-walled structures[J];Journal of Central South University;2014年11期

相關(guān)會議論文 前1條

1 馬肖彤;王秀麗;吳長;;單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在不同加載點沖擊荷載作用下的動力響應(yīng)分析與試驗研究[A];第23屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集（第Ⅲ冊）[C];2014年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 唐智亮;薄壁結(jié)構(gòu)軸向沖擊能量吸收性能分析與改進(jìn)設(shè)計[D];大連理工大學(xué);2012年

2 吳長;強(qiáng)震和沖擊荷載下球面網(wǎng)殼的動力失效分析與試驗研究[D];蘭州理工大學(xué);2014年

3 王冠;鋁合金薄壁梁結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計及其變形行為的研究[D];湖南大學(xué);2013年

4 季楓;白車身參數(shù)化建模與多目標(biāo)輕量化優(yōu)化設(shè)計方法研究[D];吉林大學(xué);2014年

5 吳英龍;車輛減振系統(tǒng)原理與仿真分析[D];西南交通大學(xué);2013年

6 李松晏;高速列車吸能結(jié)構(gòu)研究與明線交會安全評估[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

7 譚麗輝;參數(shù)化薄壁構(gòu)件模型的耐撞性分析與優(yōu)化設(shè)計[D];吉林大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 秦斌;半球殼在靜載作用下的光彈實驗研究與彈體沖擊的動力響應(yīng)分析[D];太原理工大學(xué);2013年

2 劉金龍;汽車吸能式氣囊保險杠的設(shè)計與研究[D];東北林業(yè)大學(xué);2013年

3 張榮;圓鋼管側(cè)向沖擊性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

4 蘇俊杰;帶屋面板K6單層球面網(wǎng)殼抗沖擊性能試驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

5 尹弘峰;單層球面網(wǎng)殼的沖擊荷載與沖擊響應(yīng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

6 余樂權(quán);細(xì)長梁結(jié)構(gòu)截面構(gòu)型設(shè)計優(yōu)化[D];南昌航空大學(xué);2013年

7 李松洋;收費亭防護(hù)系統(tǒng)緩沖器的設(shè)計與碰撞仿真[D];哈爾濱工程大學(xué);2013年

8 孫源森;含誘導(dǎo)壓痕的薄壁方管在沖擊載荷下的動態(tài)響應(yīng)研究[D];湖南大學(xué);2013年

9 張博;沖擊載荷下薄壁方管的動態(tài)響應(yīng)及變形機(jī)理研究[D];湖南大學(xué);2013年

10 胡立翔;陣列結(jié)構(gòu)軸壓過程研究及其在地鐵車輛中應(yīng)用[D];中南大學(xué);2012年

，

本文編號：2469468