冲击荷载作用下四种典型施威德肋型单层球面网壳动力响应研究

为了研究4种典型施威德肋型单层球面网壳在冲击荷载作用下动力响应特征的差别,以4种典型施威德肋型球面网壳为研究对象,利用ANSYS/LS-DYNA进行参数化建模。首先介绍了分析模型及相关参数,选用考虑材料应变率影响的杆件模型,然后选择不同的冲击点对4种类型网壳分别进行竖向冲击荷载作用下的动力响应研究,最后从网壳结构的响应模式、位移、加速度、应变能4个方面进行了分析对比。结果表明:网壳结构的冲击响应模式随冲击物动能的改变而规律性变化;在相同的冲击荷载作用下,结构的动力响应均随着冲击点离支座越远而越强烈;4种网壳中无环杆的交叉斜杆-施威德肋型球面网壳结构在冲击荷载作用下的动力响应最大,因此在网壳选型时应谨慎选用。     

下部支承柱受撞击荷载作用的单层球面网壳动力响应分析

车辆撞击荷载是工程中常见的冲击荷载,本文主要研究这种冲击荷载作用下带支承柱的单层球面网壳的动力响应.利用通用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对40m跨度带下部支承柱的K6型单层球面网壳进行了分析,根据支承柱的变形以及上部网壳结构的竖向位移和塑性发展,得出了三种动力响应模式.通过改变冲击角和顶杆截面这两个参数,给出了结构动力响应随参数变化的分布规律.研究结果表明:顶杆截面的不断增大并不会对上部网壳结构产生明显的有利影响,合理截面顶杆的断裂可以部分阻断冲击荷载的传递,对防止球面网壳整体坍塌是有利的;冲击物以60°的冲击角撞击支承柱时对上部网壳结构影响比0°、30°、90°时大.     

冲击荷载下K6型单层球面网壳结构动力破坏评判方法研究

以典型的K6型单层球面网壳结构为研究对象,分别研究了上部网壳结构和下部支承结构受冲击荷载作用时的动力响应特征,并以此为基础对结构冲击模式进行归纳.将冲击荷载作用下网壳结构的冲击模式和破坏状态相结合,提出了网壳结构的抗冲击动力性能判别指标和相应的等级分类.研究表明,冲击荷载作用下落地网壳结构和带下部支承网壳结构的冲击模式分别可以划分为5种和4种.综合结构位移、杆件进入塑性比例和冲击能量等指标,可以对单层网壳在冲击荷载下的结构破坏程度进行预估和评判.     

下部支承柱受冲击作用时单层柱面网壳的动力响应分析

为研究单层柱面网壳在下部支承结构受到冲击荷载作用时的动力响应,建立带有下部支承柱的36m×20m三向网格网壳,根据结构的应力和变形,将结构在冲击荷载作用下的动力响应分为3种模式.分析了网壳在不同响应模式下的变形特征,并对冲击荷载作用下的网壳结构塑性发展规律进行了研究.通过改变冲击物的质量、冲击速度和冲击作用点的位置,讨论冲击能量和冲击高度对结构响应的影响.研究结果表明:冲击能量越大时,网壳变形越大;冲击动能相同时,冲击物质量越大时,网壳变形越大;冲击作用高度越大,结构受损越严重;冲击力的大小随冲击高度的变化为先减小后增大,且在高度最低时,取到最大值.     

单层球面网壳在简单动荷载作用下的失效研究

本文同时考虑了几何非线性与材料非线性，对单层球面网壳结构在简谐荷载、阶跃荷载作用下进行了动力响应分析。通过对极限荷载、最大节点位移及塑性杆件比例这些重要参数的统计、分析和归纳，剖析了单层球面网壳结构在简单动荷载下的失效机理。同时，通过比较刚度矩阵，进一步研究了结构在动载与静载下的失效差别。     

冲击作用下单层柱面网壳的失效模式

为探讨单层柱面网壳在冲击荷载作用下的破坏过程、动力响应及失效模式,应用ANSYS/LS-DYNA建立20m跨度三向网格型单层柱面网壳模型,并对其进行冲击荷载作用下的全过程仿真模拟.通过对特定算例的分析,展示冲击荷载下网壳的破坏过程及结构的动力响应.根据结构破坏过程及最终形态提出单层柱面网壳在冲击荷载作用下的失效模式,并与单层球面网壳的分析进行对比.     

基于能量原理的单层网壳结构抗冲击性能简化分析方法研究

首先,阐述了单层网壳结构在冲击荷载下的能量传递、转换和消耗的过程,并基于能量守恒推导了首次冲击中网壳吸收的能量以及结构动位移简化计算方法。然后,介绍了数值分析方法的算法基础以及求解冲击问题的通用有限元软件ANSYS/LS-DYNA。最后,研究了网壳结构在不同冲击物质量比与速度作用下的动力响应,总结了动力响应与结构能量之间的关系,并与简化计算方法进行对比。结果表明:所推导的网壳能量吸收与结构动位移计算方法是合理的;冲击过程中网壳吸收的能量以及结构响应与冲击物和网壳之间的质量比密切相关;不同的动力响应模式可以利用结构吸收的能量进行区域划分;在不同的冲击能量作用下,冲击力是半正弦或者三角形脉冲;计算所得的杆件应力-应变曲线与材料的本构关系是相符的。     

单点连续冲击荷载下单层球面网壳结构失效模式研究

为研究单点连续冲击荷载作用下单层球面网壳结构的失效模式,应用通用有限元软件ANSYS LS-DYNA建立了40m跨度,四种不同矢跨比的K8型单层球面网壳结构有限元模型。通过分析单层球面网壳结构在单点连续冲击荷载作用下失效全过程的冲击荷载、能量转化和杆件变形特点,总结归纳出单层球面网壳结构在单点连续冲击荷载作用下的五种失效模式:网壳局部凹陷、网壳局部凹陷时杆件剪切破坏、网壳整体塌陷、网壳整体塌陷时杆件剪切破坏、杆件剪切破坏。对五种失效模式进行了全过程研究分析,明确了单层球面网壳结构在单点连续冲击全过程中肋杆、环杆、斜杆的破坏形式和能量传递与转化特点。     

正交正放单层鞍型网壳在强震下的失效研究

对跨度40m正交正放单层鞍型网壳在强震作用下的失效机理进行研究。通过典型算例探讨结构在强震作用下的响应特征,考察结构的节点位移、不同屈服程度杆件比例、不同失效程度杆件等多项结构响应随荷载强度递增的变化规律;可认为单层鞍型网壳在强震下发生明显的动力强度破坏,综合结构的典型响应提出一种失效极限荷载的确定方法。在系统参数分析的基础上,讨论高跨比、屋面质量、初始缺陷等因素对结构失效极限荷载的影响规律,并讨论考虑下部支承结构刚度因素对上部鞍型网壳强震失效极限荷载、失效模式的影响规律。     

杆件初始缺陷对单层凯威特球面网壳地震响应影响研究

为研究杆件初始缺陷对单层凯威特球面网壳地震响应的影响,利用OpenSEES有限元程序,采用多段梁法模拟杆件初始缺陷,给出了OpenSEES模拟空间网格结构圆管杆件滞回的多段梁法建模参数合理取值,基于GB 50017—2003《钢结构设计规范》中压杆稳定系数拟合了圆管等效偏心率和正则化长细比的关系式。考虑杆件初弯曲方向随机分布,建立了不同参数单层凯威特球面网壳模型,对网壳增量动力分析的最大位移进行了比较。结果表明：当网壳处于弹性状态时,杆件缺陷对其地震响应的影响可以忽略;当网壳进入塑性状态后,杆件缺陷对其地震响应的影响不可忽略,不同杆件初弯曲方向的网壳地震响应离散程度随地震动强度提高基本呈增大趋势;地震动强度较大时,考虑杆件缺陷和结构整体缺陷的单层网壳地震响应和仅考虑整体缺陷的单层网壳地震响应差异较大,两者最大位移的相对大小并无规律性,其关键影响因素为地震作用下塑性杆件分布的离散程度。     

单层球面网壳火灾爆炸动力响应

以K8型单层球面网壳为研究对象,考虑几何非线性和温度对材料性能的影响,完整模拟了单层球面网壳在发生火灾的不同阶段受到爆炸冲击作用时的动力性状。据B-R准则,通过爆炸峰值超压与结构动力特征响应之间的关系,可判定K8型单层球面网壳在不同火灾阶段,爆炸冲击作用下的动力稳定性临界峰值超压。分析了单层球面网壳的矢跨比、屋面荷载、约束布置等参数对其在不同火灾阶段的爆炸冲击动力稳定性的影响。研究表明:火灾对网壳结构在爆炸冲击作用下的动力稳定性有较大影响,当网壳杆件最高温度达500℃以上时,结构的抗爆能力明显降低。矢跨比、屋面质量、约束布置对网壳在火灾不同阶段的抗爆能力均有不同程度的影响。     

单层鞍形网壳强动力荷载作用下的破坏模式

采用ANSYS程序,利用全过程分析方法对两种不同网格形式的单层鞍形网壳结构在强简谐、地震荷载下的动力响应规律进行研究,提取最大节点位移、应变能、进塑性杆件比例等多项响应指标,绘制其随荷载幅值增大的变化曲线,总结单层鞍形网壳的动力失效模式,剖析其失效机理,分析了地震作用下结构响应随矢跨比的变化规律.研究结果表明,两类网格的单层鞍形网壳均具有良好的抗震性能,在强动力荷载作用下发生动力强度破坏,可区分为脆性破坏和延性破坏两种失效模式.地震作用下结构破坏模式均为延性强度破坏.     

单层球面网壳结构抗连续倒塌设计

单层球面网壳冗余度较低,个别杆件失效容易引起结构连续倒塌。为提高单层球面网壳的抗连续倒塌能力,可以采用将单层网壳主肋设计为局部双层的方法。应用ABAQUS软件通过自编程序,考虑杆件失稳及失稳后行为,对比分析了采用局部双层前、后静力荷载作用下单层球面网壳极限承载力、节点位移和失效模态,以及采用局部双层前、后地震荷载作用下单层球面网壳极限承载力。分析了地震作用下局部双层厚度不同时单层球面网壳结构的极限承载力。分析结果表明,将单层球面网壳主肋设计为局部双层可提高网壳结构极限承载力,改变网壳失效模式。     

考虑下部结构的球面网壳在强震作用下的破坏机理研究

以具有实际工程意义的40m跨度,矢跨比为1/3,同时考虑圈梁和下部柱及柱间支撑的K8型单层球面网壳为研究对象,利用ANSYS有限元程序,在考虑几何非线性和材料非线性效应的条件下,研究该结构在三向强烈地震荷载作用下的动力响应、失稳模态及破坏机理,并分析下部支承结构、杆件弯曲变形对网壳结构动力稳定性的影响。     

爆炸荷载作用下单层柱面网壳的动力响应

以单层柱面网壳为研究对象,分析内部中心爆炸荷载作用下结构的动力响应.利用显式动力分析程序ANSYS/LS-DYNA对跨度为30m×45m的单层柱面网壳在不同炸药当量时上部网壳的节点竖向位移和杆件塑性发展进行分析,得出3种不同的损伤模式:轻微塑性损伤、严重塑性损伤和泄爆塑性损伤.改变屋面板厚度和檩托小立柱截面面积,发现屋...     

空间网格结构连续性倒塌试验研究

为研究空间网格结构遭遇局部初始破坏后的结构响应、倒塌过程与倒塌机制,以单层球面网壳结构为研究对象,进行了1个直径为4.2m,矢跨比为1/7的凯威特型网壳结构整体模型的连续性倒塌试验。施加节点集中荷载,采用自主研发的杆件破断触发装置使网壳模型的1根经向杆件发生突然破断,并以采样频率100Hz采集网壳模型各位置杆件的高频动应变响应,基于高速摄像测量技术（帧频200fps）获取模型节点的高速动位移响应。初始破坏发生后,网壳模型呈现出自破坏局部向周围逐步扩展的连续性破坏,最终整个模型完全翻转并在一系列最外层杆件断裂后部分坠落。试验结果表明：尽管单层球面网壳结构杆件众多,但单根杆件的失效仍可能触发连锁反应,导致整体结构的连续性倒塌;单根杆件破坏后,局部内力重分布导致的杆端节点出现点失稳,并引发周围节点顺次向下运动,这也是单层球面网壳结构遭遇局部初始破坏后倒塌的主要模式。     

应用摩擦摆支座的单层球面网壳地震响应分析

为研究摩擦摆支座对网壳结构抗震性能的影响,本文分析摩擦摆支座的隔振机理,应用LS-DYNA有限元软件对摩擦摆支座进行实体建模,并验证该种建模方法的正确性。将静力作用下的铰支座和摩擦摆支座单层球面网壳的力学性能进行对比,结果表明应用摩擦摆支座使网壳结构的初始变形增大;在此基础上,对应用摩擦摆支座的单层球面网壳施加不同强度的地震动,从杆件轴力、节点加速度和节点相对位移三个方面对结构的动力响应特性进行分析,并讨论摩擦摆支座在单层球面网壳结构中的有效性和适应性,得到随着地震动强度的增加,轴力振动幅值减小的杆件数目及加速度和相对位移减小的节点数目也是增加的结论。最后,通过对最外环杆件截面加强,对应用摩擦摆支座的单层球面网壳同样进行地震响应分析,讨论外环杆件加强对结构抗震性能的影响。     

水平冲击荷载下K6型单层网壳结构抗冲击性能研究

水平冲击荷载是更贴近于现实生活中外部物质碰撞、泥石流地质灾害、恐怖袭击等的冲击荷载类型.首先介绍了冲击荷载作用的分析方法,然后在ANSYS/LS-DYNA软件中建立了跨度60m的K6型单层球面网壳抗水平冲击模型,不断变换冲击物的质量和速度对结构进行冲击.结果表明,水平冲击荷载作用下结构的动力响应过程可以分为五个关键性阶段和三种冲击模式;随着冲击物质量与速度的不断增加,网壳水平向变形、主要杆件受力和冲击力会不断增大,当质量与速度增加到一定值后,三者均不再变化;在整个冲击过程中的能量损失会随冲击力的增大而增多.     

基于不同加载点的冲击荷载作用下单层球面网壳结构动力响应研究北大核心CSCD

随着冲击现象发生频率的增加,在冲击荷载作用下大跨空间结构的动力响应和灾害性研究已经成为学者们开始关注的新兴课题.本文选用K6型单层网壳结构模型,利用通用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟,建模时考虑材料应变率的影响.首先介绍了分析采用的模型相关参数以及有限元计算的基本理论,然后选择不同的冲击点对网壳结构进行竖向冲击荷载作用下的动力响应分析.结果表明,在顶点冲击作用下结构会发生大面积的整体倒塌;在相同的冲击力作用下结构的位移、轴力、能量、速度等动力响应均随着冲击点离顶点越远而越小;顶点是结构最不利的冲击荷载受力点,在网壳抗冲击设计时应该对顶点处杆件进行加强.     

下部支承结构对网壳结构强震响应的影响研究

总结了关于考虑下部支承影响的网壳结构强震失效研究的最新研究成果。介绍了基于响应的荷载域全过程分析方法;通过建立精细化的数值模型,对考虑下部支承结构的单层球面网壳在强震作用下的特征响应进行了分析,得到了考虑下部支承结构的单层球面网壳在强震作用下的失效特征;通过大规模参数分析,详细地阐述了下部支承结构对网壳结构失效极限荷载的影响;提出了对于耦合体系的简化分析方法并初步研究了非线性下部支承结构对网壳结构失效的影响;讨论了下部支承结构非线性对网壳结构响应的影响。研究表明,非线性材料的支承结构也将明显改变耦合体系的响应规律及失效模式。