組合板結(jié)構(gòu)的耐沖擊性能研究.pdf

1、沖擊荷載是現(xiàn)代結(jié)構(gòu)體系的重要荷載，結(jié)構(gòu)在沖擊荷載作用下的力學響應(yīng)與其在靜力荷載作用下的響應(yīng)表現(xiàn)出很大的不同。這些沖擊荷載一般強度很大，沖擊作用時間很短，通常以毫秒、微秒甚至納秒來計，而在如此短的時間里，結(jié)構(gòu)要經(jīng)歷施加高強度荷載，并產(chǎn)生極高的壓力或者應(yīng)力，最終引起結(jié)構(gòu)的介質(zhì)運動、材料破壞以及整個結(jié)構(gòu)破壞等一系列隨時間變化的動態(tài)響應(yīng)過程?？梢?，沖擊問題相當復(fù)雜，其涉及的學科領(lǐng)域也比較廣泛。 沖擊問題的研究方法主要包括經(jīng)驗公式方法、理

2、論分析法和數(shù)值計算法。經(jīng)驗公式是通過大量的實驗數(shù)據(jù)擬合而成，需要多次實驗，耗資較大，而且實驗結(jié)果具有很大的離散性，同時不同的公式有不同的適用范圍和局限性，且計算結(jié)果也存在一定的差別。目前，各國的防護結(jié)構(gòu)規(guī)范設(shè)計手冊還是使用經(jīng)驗公式進行判斷評估。我國防護規(guī)范也是如此。理論分析方法需要對材料性質(zhì)及力學過程進行必要的簡化，過多的簡化可能導(dǎo)致較大的誤差，甚至產(chǎn)生錯誤的結(jié)果。而且，理論分析方法很難得到完整解。隨著ANSYS等大型計算軟件的發(fā)展，數(shù)

3、值方法逐漸成為研究沖擊問題的主導(dǎo)方法，其對工程構(gòu)件、工程結(jié)構(gòu)的性能評價以及優(yōu)化設(shè)計等也非常適用。 組合層板結(jié)構(gòu)是一種廣泛應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域的新型結(jié)構(gòu)形式，對該類結(jié)構(gòu)的耐沖擊性能的研究具有比較重要的意義。本文運用應(yīng)力波的傳播和結(jié)構(gòu)的動態(tài)力學響應(yīng)基礎(chǔ)知識，對民用工程的建造和加固工程中廣泛使用的鋼板-混凝土板和艦船列車設(shè)計領(lǐng)域中的高速列車前擋風玻璃兩種不同的組合層板結(jié)構(gòu)進行耐沖擊性能研究。 文中首先針對在國防與民用工程的建造

4、和加固工程中廣泛應(yīng)用的鋼板-混凝土板組合板結(jié)構(gòu)，建立合理的的數(shù)值計算模型，利用應(yīng)力波的知識，將組合板結(jié)構(gòu)的沖擊過程分為初始接觸階段、鋼板變形階段和沖擊結(jié)束三個階段，對沖擊荷載下的組合板結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)過程進行了分析，并給出了組合板的不同破壞模式。在此基礎(chǔ)上，本文又計算了不同的沖擊速度、沖擊角度和鋼板厚度等沖擊響應(yīng)參數(shù)的影響，具體分析研究了鋼板-混凝土板組合層板的耐沖擊性能，并給出合理的工程建議。通過與前人結(jié)果的對比，證實了本模型的正確性和

5、工程適用性。 接著，文中以沖擊問題在高速列車設(shè)計領(lǐng)域中的應(yīng)用為背景，針對當前國內(nèi)新興的高速列車遇到的石擊前擋風玻璃問題，計算了列車前擋風玻璃結(jié)構(gòu)在球形石塊作用下的動力響應(yīng)過程。文章用多個積分點的單層殼單元來模擬帶有PVB層的擋風玻璃結(jié)構(gòu)，通過任意拉格朗日方法對擋風玻璃結(jié)構(gòu)進行動態(tài)響應(yīng)分析。在當前國內(nèi)最高列車速度下，列車的前擋風玻璃在石擊作用下，可能會發(fā)生網(wǎng)狀裂紋、星狀裂紋和塑性變形破壞，但是，玻璃碎片仍會粘結(jié)在PVB上，對司機造