K8型單層網(wǎng)殼在撞擊荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)研究.pdf

1、土木工程結(jié)構(gòu)在地震、風(fēng)、海浪等自然災(zāi)害荷載以及人為災(zāi)害荷載作用下失效機(jī)理和性態(tài)控制的數(shù)值模擬問題，是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的重要科學(xué)技術(shù)問題。其中網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在撞擊作用下的動(dòng)力響應(yīng)(特別是動(dòng)力穩(wěn)定)，是空間桿系結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的核心問題之一。本文以K8型單層網(wǎng)殼為對(duì)象，利用有限元程序ANSYS/LS-DYNA開展該類結(jié)構(gòu)在撞擊荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)研究。 首先，針對(duì)在落錘撞擊下的K8型單層網(wǎng)殼實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膶?shí)驗(yàn)過程開展了計(jì)算機(jī)模擬分析，對(duì)撞擊力形態(tài)及其

2、持續(xù)作用時(shí)間、軸力響應(yīng)過程和失穩(wěn)模態(tài)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。并研究了撞擊荷載作用下單層網(wǎng)殼動(dòng)力失穩(wěn)判別的具體方法，根據(jù)該判別方法確定了該模型的彈性、彈塑性動(dòng)力失穩(wěn)臨界動(dòng)量。結(jié)果表明：模型在殼頂豎向撞擊荷載作用下，動(dòng)力失穩(wěn)的臨界動(dòng)量實(shí)驗(yàn)值與彈塑性材料模型、彈性材料模型的計(jì)算值之比約為：1：2.75：5.5。 然后，對(duì)跨度為40m的單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在以一定初速度的自由落體撞擊作用下的撞擊力、節(jié)點(diǎn)位移、加速度等動(dòng)力響應(yīng)問題進(jìn)行

3、了計(jì)算分析，同時(shí)根據(jù)其動(dòng)力響應(yīng)對(duì)其彈塑性撞擊穩(wěn)定問題進(jìn)行了判定，并進(jìn)一步研究了不同跨度、矢跨比和桿件截面等參數(shù)變化對(duì)撞擊動(dòng)力穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明：跨度40m、矢跨比為1/7、桿件截面為φ114×3的網(wǎng)殼撞擊失穩(wěn)的臨界動(dòng)量為1872.2kg·m/s；跨度40m、桿件截面為φ114×3、矢跨比分別為1/7、1/5和1/3的網(wǎng)殼撞擊失穩(wěn)臨界動(dòng)量的比值為1：1.32：1.60；跨度40m、矢跨比為1/7、桿件截面分別為φ108×3、φ114×

4、3、φ121×3的網(wǎng)殼撞擊失穩(wěn)的臨界動(dòng)量比值為1：1.15：1.34；矢跨比為1/5、桿件截面為φ114×3、跨度分別為40m、50m和60m的網(wǎng)殼撞擊失穩(wěn)的臨界動(dòng)量比值為1：0.85：0.81；網(wǎng)殼撞擊失穩(wěn)時(shí)其特征節(jié)點(diǎn)的位移時(shí)程、殘留位移值和節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的加速度時(shí)程，撞擊力時(shí)程和持續(xù)時(shí)間等特征參數(shù)在同一時(shí)間都突然發(fā)生了顯著改變，說明網(wǎng)殼動(dòng)力失穩(wěn)時(shí)其響應(yīng)特征參數(shù)都會(huì)產(chǎn)生一致性突變。 本文還以跨度40m、矢高比1/7、桿件截面φ/11

5、4×3的K8型單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)為對(duì)象研究了三角形脈沖荷載作用范圍為滿跨、三環(huán)以內(nèi)、二環(huán)以內(nèi)布置時(shí)，荷載作用時(shí)間為5ms和50ms時(shí)，荷載作用形式為三角形脈沖和矩形脈沖時(shí)對(duì)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)動(dòng)力穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明：滿跨布置荷載的動(dòng)力穩(wěn)定臨界力為872.3kN/m2，三環(huán)以內(nèi)布置時(shí)為721.0kN/m2，二環(huán)以內(nèi)布置時(shí)為686.1kN/m2；隨著荷載作用范圍從殼頂逐漸向外擴(kuò)大，失穩(wěn)模態(tài)從以一環(huán)節(jié)點(diǎn)為最大位移的局部凹陷向以二環(huán)、四環(huán)節(jié)點(diǎn)為最大位移的整體