本文關(guān)鍵詞：鋼梁—柱落錘沖擊實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬分析

  更多相關(guān)文章： 鋼梁-柱 沖擊實(shí)驗(yàn) 彎扭屈曲 有限元 單自由度 轉(zhuǎn)動(dòng)約束

【摘要】：近些年,鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛認(rèn)可,在土木工程界的應(yīng)用也越來越多,這在一定程度上促進(jìn)了相關(guān)設(shè)計(jì)理論、學(xué)術(shù)研究的不斷發(fā)展,其抗爆、抗沖擊研究更是成為熱點(diǎn)。在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi),除常規(guī)設(shè)計(jì)荷載外,鋼結(jié)構(gòu)往往還遭受到意外的爆炸、撞擊等偶然荷載,因此必須使其具有相應(yīng)抵抗能力。鋼梁、柱等作為主要承重構(gòu)件,受到撞擊時(shí)的動(dòng)力響應(yīng)是首先需要解決的問題,并且可以為進(jìn)一步設(shè)計(jì)計(jì)算提供基礎(chǔ)。本文對(duì)工字型截面梁-柱構(gòu)件受落錘撞擊作用時(shí)的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行研究分析,主要包括落錘沖擊實(shí)驗(yàn)、有限元模擬及等效單自由度模型應(yīng)用。落錘沖擊實(shí)驗(yàn)中采用圓柱型螺旋壓縮彈簧施加軸力,采用高速攝像機(jī)記錄構(gòu)件變形過程,利用動(dòng)態(tài)信號(hào)采集系統(tǒng)采集應(yīng)變等數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)研究表明：兩端簡(jiǎn)支工字型梁-柱構(gòu)件在受到中點(diǎn)橫向撞擊作用時(shí)不僅會(huì)發(fā)生平面內(nèi)的彎曲變形,還會(huì)出現(xiàn)平面外的彎扭變形,且腹板局部屈曲是彎扭變形的誘因；總體來說彎曲變形及彎扭變形會(huì)隨著軸力、撞擊速度的增大而增大,但一定范圍內(nèi)的軸力、撞擊速度會(huì)減小彎扭變形；構(gòu)件軸力變化與軸向變形及彈簧剛度有關(guān),采用剛度較小的壓縮彈簧施加軸向荷載是可行的。利用通用有限元軟件ANSYS/LS-DYNA對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果做了有限元模擬,通過變形過程、最終位移及應(yīng)變數(shù)據(jù)的比較,發(fā)現(xiàn)二者具有較好的相符性,說明利用有限元數(shù)值模擬的方法研究平面外彎扭屈曲是可行的。以此為基礎(chǔ),進(jìn)一步分析接觸面摩擦力、軸力、落錘質(zhì)量、撞擊速度、邊界約束條件等對(duì)彎扭變形的影響；并借助有限元模擬驗(yàn)證單自由度模型數(shù)值計(jì)算的正確性。利用有限元軟件可以對(duì)受撞擊作用構(gòu)件的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行精確研究分析,但其操作過程復(fù)雜,理論要求較高,而利用動(dòng)力學(xué)中常用的單自由度模型求解動(dòng)力響應(yīng)正好與此相反。本文利用極限荷載理論判斷超靜定構(gòu)件塑性鉸的形成順序,進(jìn)而根據(jù)材料力學(xué)方法得出各階段變形曲線,結(jié)合哈密頓原理等動(dòng)力學(xué)方法推導(dǎo)得出兩端帶轉(zhuǎn)動(dòng)約束梁-柱構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)微分方程及其系數(shù)表達(dá)式。采用線加速度法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)方程數(shù)值計(jì)算,為了合理地考慮應(yīng)變率效應(yīng),本文按照塑性鉸定長(zhǎng)分布假定,根據(jù)塑性鉸轉(zhuǎn)過的角度計(jì)算塑性應(yīng)變及應(yīng)變率,最終將單自由度模型結(jié)果與有限元模擬結(jié)果進(jìn)行比較,驗(yàn)證梁-柱構(gòu)件等效單自由度模型及本文所提方法的適用性。
【關(guān)鍵詞】：鋼梁-柱 沖擊實(shí)驗(yàn) 彎扭屈曲 有限元 單自由度 轉(zhuǎn)動(dòng)約束
【學(xué)位授予單位】：山東建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU391
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.2 研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 靜力狀態(tài)下鋼梁的彎扭屈曲研究11-13
• 1.2.2 火災(zāi)情況下鋼梁的彎扭屈曲研究13
• 1.2.3 沖擊荷載下鋼梁的動(dòng)力屈曲研究13-14
• 1.2.4 等效單自由度模型應(yīng)用研究14
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容14-16
• 第2章 動(dòng)力屈曲及單自由度模型基本理論16-23
• 2.1 引言16
• 2.2 鋼材的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能16-17
• 2.3 動(dòng)力屈曲概念及判定準(zhǔn)則17-18
• 2.4 等效單自由度模型相關(guān)理論18-22
• 2.4.1 單自由度模型運(yùn)動(dòng)微分方程的推導(dǎo)18-19
• 2.4.2 極限荷載基本理論19-20
• 2.4.3 線加速度法20-22
• 2.5 小結(jié)22-23
• 第3章 沖擊作用下梁-柱動(dòng)力響應(yīng)的實(shí)驗(yàn)分析23-30
• 3.1 實(shí)驗(yàn)介紹23-27
• 3.1.1 試件設(shè)計(jì)23
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)裝置23-26
• 3.1.3 鋼材力學(xué)性能26-27
• 3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析27-28
• 3.2.1 變形測(cè)量27
• 3.2.2 壓縮彈簧軸力變化27-28
• 3.2.3 構(gòu)件變形形式28
• 3.3 小結(jié)28-30
• 第4章 沖擊作用下梁-柱動(dòng)力響應(yīng)的有限元模擬30-41
• 4.1 ANSYS/LS-DYNA程序介紹30-31
• 4.2 ANSYS/LS-DYNA程序求解步驟31-32
• 4.3 ANSYS/LS-DYNA算法簡(jiǎn)介32
• 4.4 有限元模型32-35
• 4.4.1 單元類型32
• 4.4.2 材料模型32-33
• 4.4.3 荷載、邊界約束和接觸定義33-34
• 4.4.4 網(wǎng)格劃分34-35
• 4.5 有限元結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比35-38
• 4.5.1. 變形過程比較35-36
• 4.5.2 中點(diǎn)豎向位移及側(cè)向位移比較36
• 4.5.3 應(yīng)變比較36-38
• 4.6 有限元模擬參數(shù)分析38-40
• 4.6.1 摩擦力對(duì)梁-柱動(dòng)力響應(yīng)的影響38
• 4.6.2 軸力對(duì)梁-柱動(dòng)力響應(yīng)的影響38-39
• 4.6.3 撞擊速度對(duì)梁-柱動(dòng)力響應(yīng)的影響39
• 4.6.4 不同質(zhì)量-速度組合對(duì)梁-柱動(dòng)力響應(yīng)的影響39
• 4.6.5 橫向加勁肋對(duì)梁-柱動(dòng)力響應(yīng)的影響39-40
• 4.7 小結(jié)40-41
• 第5章 梁-柱等效單自由度模型數(shù)值計(jì)算41-62
• 5.1 梁-柱體系等效單自由度(SDOF)模型運(yùn)動(dòng)微分方程的推導(dǎo)41-52
• 5.1.1 彈性變形階段運(yùn)動(dòng)方程及各系數(shù)41-43
• 5.1.2 彈塑性變形階段運(yùn)動(dòng)方程及各系數(shù)43-47
• 5.1.3 塑性變形階段運(yùn)動(dòng)方程及各系數(shù)47-52
• 5.2 運(yùn)動(dòng)微分方程的求解52-61
• 5.2.1 求解實(shí)例54-61
• 5.3 小結(jié)61-62
• 第6章 結(jié)論與展望62-64
• 6.1 結(jié)論62-63
• 6.2 展望63-64
• 附錄：程序編輯介紹64-72
• 參考文獻(xiàn)72-75
• 后記75-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間論文發(fā)表及科研情況76

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 秦慶華,路國(guó)運(yùn),雷建平,張善元;薄壁圓管側(cè)向沖擊動(dòng)力響應(yīng)的仿真分析[J];太原理工大學(xué)學(xué)報(bào);2003年05期

2 肖詩云,林皋,王哲;Drucker-Prager材料一致率型本構(gòu)模型[J];工程力學(xué);2003年04期

3 郭海山,沈世釗;單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)動(dòng)力穩(wěn)定性分析方法[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2003年03期

4 杜成斌,蘇擎柱;混凝土材料動(dòng)力本構(gòu)模型研究進(jìn)展[J];世界地震工程;2002年02期

5 王禮立;爆炸與沖擊載荷下結(jié)構(gòu)和材料動(dòng)態(tài)響應(yīng)研究的新進(jìn)展[J];爆炸與沖擊;2001年02期

6 王哲,林皋,逯靜洲;混凝土的單軸率型本構(gòu)模型[J];大連理工大學(xué)學(xué)報(bào);2000年05期

7 李忠學(xué),沈祖炎,鄧長(zhǎng)根;桿系鋼結(jié)構(gòu)非線性動(dòng)力穩(wěn)定性識(shí)別與判定準(zhǔn)則[J];同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2000年02期

8 陳書宇;一種混凝土損傷模型和數(shù)值方法[J];爆炸與沖擊;1998年04期

9 方秦，錢七虎;速率相關(guān)混凝土模型中一個(gè)值得商榷的問題[J];工程力學(xué);1998年03期

10 夏志斌;鋼梁側(cè)扭屈曲的理論、試驗(yàn)研究及其驗(yàn)算方法 (上)[J];工業(yè)建筑;1983年01期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 王蕊;鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件在側(cè)向撞擊下動(dòng)力響應(yīng)及其損傷破壞的研究[D];太原理工大學(xué);2008年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 張文娜;沖擊作用下鋼梁側(cè)向彎扭屈曲行為的數(shù)值模擬分析[D];山東建筑大學(xué);2013年

2 張?jiān)?受沖擊鋼梁的響應(yīng)與彎扭屈曲行為實(shí)驗(yàn)研究[D];山東建筑大學(xué);2012年

3 唐柱才;沖擊載荷下結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)屈曲的數(shù)值研究[D];大連理工大學(xué);2004年

，

本文編號(hào)：571334