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工程力学 2015年第7期32卷 81-87页

作者：王秀丽王昊施刚赵丽洁兰州理工大学土木工程学院甘肃兰州730050 清华大学土木工程系北京100084

采用ANSYS/LS-DYNA对60m跨度的K-6型单层球面网壳建立有限元模型,通过大量参数分析得出K-6网壳的4种冲击响应模式及其变化规律,考虑材料屈服强度、弹性模量及杆件截面积对网壳冲击响应模式及其分布规律的影响,提取网壳在冲击作用下发生... 详细信息

采用ANSYS/LS-DYNA对60m跨度的K-6型单层球面网壳建立有限元模型,通过大量参数分析得出K-6网壳的4种冲击响应模式及其变化规律,考虑材料屈服强度、弹性模量及杆件截面积对网壳冲击响应模式及其分布规律的影响,提取网壳在冲击作用下发生局部倒塌和整体倒塌时的临界冲击动能,比较材料特性及截面特性对网壳抗冲击性能的影响,拟合了临界冲击动能的计算公式,并与有限元结果进行了对比。结果表明,K6网壳的冲击响应模式随冲击物携带动能的改变呈规律性变化。在杆件的截面特性和材料特性中,杆件的截面积对网壳的抗冲击性能影响较大,提高杆件的截面积可以大幅度提高网壳抵抗冲击荷载的能力。网壳的临界冲击动能可以利用公式进行计算。该结果对于网壳结构的抗冲击设计具有实际意义。

关键词：冲击荷载单层球面网壳有限元分析冲击响应模式临界冲击动能

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单层球面网壳冲击响应规律及抗冲击性能研究

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振动与冲击 2016年第21期35卷 36-41,75页

作者：王昊王秀丽杨波重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400044 重庆大学土木工程学院重庆400044 兰州理工大学土木工程学院兰州730050

对单层球面网壳结构进行了网壳结构冲击试验,并采用ANSYS/LS-DYNA对网壳结构受冲击荷载作用进行了参数分析。根据网壳受冲击后的变形及破坏形态,定义了4种冲击响应模式。针对不同冲击响应模式间的转换规律,提出利用临界冲击动能作为网... 详细信息

对单层球面网壳结构进行了网壳结构冲击试验,并采用ANSYS/LS-DYNA对网壳结构受冲击荷载作用进行了参数分析。根据网壳受冲击后的变形及破坏形态,定义了4种冲击响应模式。针对不同冲击响应模式间的转换规律,提出利用临界冲击动能作为网壳结构的抗冲击性能的评价指标,并分析了不同钢材强度对结构抗冲击性能的影响。结果表明,单层网壳结构的冲击响应模式随冲击物动能呈规律性变化,利用临界冲击动能可以方便的对网壳结构抗冲击性能进行评价,使用高强度材料可有效提高单层网壳结构的抗冲击性能。

关键词：单层球面网壳冲击试验有限元分析冲击响应模式临界冲击动能

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冲击荷载下单层网壳结构动力响应分析与试验研究

冲击荷载下单层网壳结构动力响应分析与试验研究

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作者：马肖彤兰州理工大学

学位级别：博士

随着人类社会复杂程度日益加深,结构在使用阶段遭受炸弹爆炸和汽车碰撞等这类极端偶然荷载作用的风险也在加大。大跨网壳结构一般都是人流量较大的重要建筑,一旦在极端偶然事件下发生破坏甚至倒塌,都可能会造成无法估量的严重后果。这... 详细信息

随着人类社会复杂程度日益加深,结构在使用阶段遭受炸弹爆炸和汽车碰撞等这类极端偶然荷载作用的风险也在加大。大跨网壳结构一般都是人流量较大的重要建筑,一旦在极端偶然事件下发生破坏甚至倒塌,都可能会造成无法估量的严重后果。这类极端偶然作用往往能够在很大程度上简化为冲击荷载,结构在这种荷载的作用下必然会出现一定程度的破坏。因此,研究在冲击荷载作用下大跨网壳结构的动力性能有着迫切的现实意义。这要求我们必须对冲击荷载下单层网壳结构的动力响应特性与防护方法及措施展开详细的研究。本文将通过理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法,展开对不同冲击荷载下单层网壳结构的动力性能分析及结构计算方法研究,并提出合理有效的抗冲击措施。主要的研究内容有:(1)利用显式动力分析程序ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟分析,自编前处理子程序建立几何模型,杆件材料选择适用于冲击作用的Cowper-Symbols率相关本构模型方程,接触算法为基于罚函数法的点面接触。阐述了网壳结构在冲击荷载作用下的动力响应分析方法,并提出了网壳结构进行冲击动力分析时数值模型的实现方法。(2)选用K6型单层球面网壳结构作为分析模型,展开在冲击荷载作用下单层网壳的全过程动力分析,研究了在不同冲击荷载下单层网壳结构的动力响应特点与冲击响应模式,提出结构不同冲击响应模式的各临界状态判断指标,计算出不同冲击响应模式之间所对应的临界能量,并从结构吸收能量的角度揭示网壳结构的破坏机理。将网壳结构在冲击荷载作用下的冲击响应模式和破坏等级结合起来,提出了网壳结构的动力判别指标和性能等级分类以及相应的控制量化指标。(3)进行基于不同冲击荷载加载点的单层球面网壳结构动力响应研究,得到网壳的最不利加载点。提出适合于单层网壳结构冲击碰撞问题的动力稳定性判定准则,在结构最不利加载点处施加冲击荷载,分析结构的动力稳定性。结合动力响应特性和冲击响应模式得到冲击荷载作用下单层网壳动力失稳的临界能量区域以及冲击能量与位移之间的关系,并从结构矢跨比、跨度等方面对结构进行参数分析。(4)研究了带下部支承柱单层网壳结构的抗冲击动力性能,基于对468个工况的分析,对支承部位及上部网壳结构的动力响应特征展开研究。总结了下部支承柱受冲击作用时,整体结构的冲击响应模式以及结构在各种冲击响应模式中的动力响应特征和能量传递转换关系;并分别对不同冲击点高度、冲击物质量及速度三个参数进行规律性研究。将上下部结构进入塑性的杆件所占比例和结构变形的大小为基本指标,将带下部支承柱受冲击作用时,网壳结构的破坏程度划分为:基本完好,轻微破坏,中等破坏,严重破坏四个等级,并提出了每种破坏等级相对应的评判指标。(5)分别对大比例的落地网壳结构模型与带下部支承钢管柱网壳结构模型进行冲击试验研究,冲击试验在本课题团队自行设计的冲击试验台上进行,借助高速摄影机拍摄冲击历程、网壳变形及破坏形态,通过动态应变仪、位移传感器和加速度传感器得到了在冲击荷载下网壳结构关键杆件和关键节点的时程响应数据。对比分析试验结果与数值模拟结果,研究了网壳结构的动力响应特点与传播规律,验证了网壳结构冲击响应模式和数值模拟的正确性。(6)依据分析得到的网壳结构在冲击荷载作用下的动力特性,基于凯威特型单层网壳结构的构件灵敏度和关键构件的分布情况,得出K6型单层球面网壳结构中的第三环是临界区域。提出四种网壳结构抗冲击方法,从结构冗余度和抗冲击性能两方面对抗冲击防护设计效果进行验证。结果表明,补强高灵敏度的构件,能够从一定程度上提高网壳结构的冗余度,使得在用钢量增加不多的情况下可以有效的提高结构的抗冲击能力。此外,结构中全部或部分使用方钢管可以对网壳结构起到较好的抗冲击效果。

关键词：冲击荷载单层网壳结构动力响应特征冲击响应模式临界能量冲击试验抗冲击设计

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横向冲击作用下预加荷载钢框架的动力响应分析

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建筑科学 2018年第11期34卷 39-47,75页

作者：付朝江杨绵越福建工程学院土木工程学院福建福州350108 福建省土木工程新技术与信息化重点实验室福建福州350108

钢框架在冲击荷载作用下的冲击响应及损伤破坏是一个复杂的非线性过程。采用Johnson-Cook强度模型考虑钢材在冲击荷载下的动态力学行为,采取Johnson-Cook断裂准则作为冲击荷载下钢材损伤开始准则,并考虑钢材损伤演化。利用ABAQUS建立横... 详细信息

钢框架在冲击荷载作用下的冲击响应及损伤破坏是一个复杂的非线性过程。采用Johnson-Cook强度模型考虑钢材在冲击荷载下的动态力学行为,采取Johnson-Cook断裂准则作为冲击荷载下钢材损伤开始准则,并考虑钢材损伤演化。利用ABAQUS建立横向冲击下钢框架的三维模型,通过能量转换关系和沙漏能控制确保数值模拟方案的精确性与合理性。通过改变冲击动能、冲击位置和轴压力等参数,得到这些参数对横向冲击作用下预加荷载钢框架的冲击响应模式的影响,揭示冲击响应随参数变化规律。结果表明:在横向冲击荷载作用下预加荷载钢框架有3种冲击响应模式;冲击动能、冲击位置和轴压力的增加,会加剧框架的冲击响应;冲击动能是影响横向冲击作用下钢框架冲击响应的主要因素,钢框架在横向冲击作用下发生整体倒塌时存在临界冲击动能;整个横向冲击过程,损伤发生的区域主要在冲击体与钢框架接触区域。

关键词：横向冲击预加荷载钢框架冲击响应模式动力响应参数分析

来源：评论

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单层网壳结构抗冲击性能研究

单层网壳结构抗冲击性能研究

引用

作者：王昊兰州理工大学

学位级别：硕士

大跨度空间结构由于其优美的造型和合理的受力体系得到了良好的发展和应用,网壳结构作为其一类主要结构体系,广泛应用于会展中心、航站楼、大型影剧院、大型仓储结构等重要的建筑工程领域。虽然冲击荷载属于偶然荷载,但由于自然灾害、... 详细信息

大跨度空间结构由于其优美的造型和合理的受力体系得到了良好的发展和应用,网壳结构作为其一类主要结构体系,广泛应用于会展中心、航站楼、大型影剧院、大型仓储结构等重要的建筑工程领域。虽然冲击荷载属于偶然荷载,但由于自然灾害、近年来恐怖事件发生次数的增加以及随科技发展不断增多的飞行物等因素影响,建筑结构遭受冲击荷载的可能性不断增加。9.11事件的发生,引起了人们对建筑结构抗冲击性能的关注。上世纪80年代,一架轻型飞机坠入巴西圣保罗某建筑的屋顶网架,也证明了空间结构遭受冲击荷载作用发生破坏的可能性为了尽可能降低网壳结构受冲击荷载作用时所造成的损失,本文利用有限元软件ANASYS/LS-DYNA结合试验研究,对单层球面网壳在冲击荷载作用下的动力响应以及抗冲击性能进行分析研究,具体内容包括： 1.介绍了进行单层网壳结构抗冲击性能研究所需要的基本理论。包括动态屈曲准则、几何大变形效应、应变率相关本构方程、动力学分析方法等内容,针对进行冲击分析所采用的ANSYS/LS-DYNA软件,介绍其使用的显式计算方法、显式分析单元、动态接触算法、材料模型等并依据已有理论准确建立了60m跨的K6型单层球面网壳有限元模型 2.基于结构动态屈曲理论中的B-R运动准则,定义了结构的临界冲击动能概念,作为结构抗冲击性能的一个具体体现,结合冲击动力响应,对K6型单层球面网壳的冲击响应规律和动力特性进行了研究。根据K6网壳在不同参数冲击荷载作用下的最终变形和破坏状态,定义了4种典型的冲击响应模式,并对各冲击响应模式的特点进行了分析 3.通过改变材料属性和杆件截面属性,进行大量参数化分析,考察了材料屈服强度和杆件截面积对K6型单层球面网壳冲击动力响应以及冲击响应模式所产生的影响 4.对一3m跨K6型单层球面网壳缩尺模型进行了冲击试验,通过弹性冲击试验和弹塑性冲击试验,分析了结构的冲击响应特性,并与有限元结果进行了对比,验证了本文有限元分析的正确性。

关键词：冲击荷载单层球面网壳有限元分析冲击试验冲击响应模式临界冲击动能

来源：评论

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冲击荷载作用下预加荷载钢筋混凝土板动力响应与损伤研究

冲击荷载作用下预加荷载钢筋混凝土板动力响应与损伤研究

引用

作者：王珂福建工程学院

学位级别：硕士

钢筋混凝土结构因其具有良好的稳定性、耐久性、防火性且取材方便,建筑成本较低等优点,在各类建筑物中被广泛使用。钢筋混凝土结构在施工及使用期间一旦遭受冲击荷载作用,可能会导致结构损伤破坏甚至失去承载力而无法继续工作,因此,开... 详细信息

钢筋混凝土结构因其具有良好的稳定性、耐久性、防火性且取材方便,建筑成本较低等优点,在各类建筑物中被广泛使用。钢筋混凝土结构在施工及使用期间一旦遭受冲击荷载作用,可能会导致结构损伤破坏甚至失去承载力而无法继续工作,因此,开展冲击荷载下钢筋混凝土结构的动力性能研究具有重要意义。本文将钢筋混凝土板的板面静荷载作为预加荷载,利用有限元软件ABAQUS建立预加荷载钢筋混凝土板的模型,对预加荷载钢筋混凝土板在冲击作用下的动力响应、冲击响应模式和损伤进行研究,主要研究内容如下:(1)建立预加荷载钢筋混凝土板在冲击荷载作用下的有限元模型并与已有的落锤冲击试验进行验证。考虑冲击荷载作用下钢筋和混凝土的应变率效应,混凝土采用塑性损伤模型(CDP模型),在CDP模型中引入损伤因子定义混凝土的损伤演化行为,钢筋采用包括弹性段、弹塑性段、塑性段、强化段和二次塑流段的五折线模型。通过沙漏能控制及利用已有的钢筋混凝土板落锤冲击试验与有限元模拟结果进行对比,验证有限元模拟结果的有效性。(2)进行冲击荷载作用下预加荷载钢筋混凝土板动力响应分析。建立不同参数组合下钢筋混凝土板模型,分析预加荷载、冲击质量、冲击速度、配筋率参数对钢筋混凝土板受到冲击作用时的系统能量、冲击力及板中心竖向位移的影响。分析结果表明:系统能量、冲击力及板中心竖向位移均受冲击速度影响最大,当冲击速度在2.5m/s～10m/s的范围内,随着冲击速度的改变,系统能量的变化幅度约为106.14%～132.18%;冲击力的变化幅度约为52.21%～177.04%;钢筋混凝土板中心竖向位移的变化幅度约为309.01%～314.68%。当冲击速度小于10m/s时,随着冲击速度2倍增加,板中心最大位移呈2倍数增加。(3)开展冲击荷载作用下钢筋混凝土板的冲击响应模式研究。钢筋混凝土板受到冲击荷载作用后,根据板的损伤和变形划分三种冲击响应模式,通过回归分析拟合得出冲击荷载作用下板中心挠度计算公式,基于最大位移准则给出三种冲击响应模式对应板中心挠度与计算跨度比值范围,当挠跨比δ/l≤0.4%时为冲击响应模式一,挠跨比0.4%<δ/l≤0.95%时为冲击响应模式二,挠跨比δ/l>0.95%时对应响应模式三。(4)分析不同参数组合下钢筋混凝土板受到冲击荷载作用后的损伤与变形。结果表明,冲击质量对板在冲击作用下的损伤与变形影响最大,当冲击质量在150kg～250kg范围内,冲击质量的改变引起板损伤区域的变形面积改变幅度为0.18%～0.32%。在板承载能力范围内受到冲击荷载作用时,板的变形区域在以板中心为圆心,半径为327mm～345mm的区域范围,当板受到冲击作用破坏失效时,板的变形区域在550mm～625mm的区域范围。

关键词：冲击荷载钢筋混凝土板 ABAQUS 动力响应冲击响应模式损伤变形

来源：评论

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