粘弹性支座RC梁在低速冲击下的动力响应计算

给出了基于Hertz接触理论的冲击体与梁结构之间的局部接触力-接触变形关系。根据弯曲理论,建立了具有粘弹性支座钢筋混凝土梁在低速冲击作用下的弹塑性动力响应计算方法,并通过算例分析了冲击速度、支座刚度和支座阻尼对动力响应的影响。分析发现:梁的总位移随冲击速度增大而增大,当冲击速度足够大时梁将出现塑性变形。支座条件对梁的动力响应有较大影响,梁的总位移最大值随支座刚度增大而减小,而相对位移最大值随支座刚度增大而增大,振动频率随支座刚度增大而明显增大;梁的总位移最大值随支座阻尼增大而减小,相对位移最大值随支座阻尼变化不明显,位移幅值衰减值随支座阻尼增大而增大,但振动频率不受支座阻尼影响。结果表明:采用粘弹性支座既能减小钢筋混凝土梁的相对位移幅值,又能加速梁的位移幅值衰减,提高了梁结构的抗冲击能力。     

落锤冲击作用下钢筋混凝土短梁响应及破坏试验研究

钢筋混凝土短梁是建构筑物的关键承力构件,为研究其在冲击荷载作用下的动力响应及破坏机制,结合应变式传感器、高速摄影、数字图像技术(DIC)等测量手段,开展了不同冲击体质量、冲击速度和冲击能量下的落锤冲击试验。结果表明：(1)冲击荷载作用下钢筋混凝土短梁破坏形式表现为拱形震坍裂缝和整体弯曲变形,与浅梁破坏形式有明显差异;(2)钢筋混凝土短梁跨中轴向应变由拉应变转为压应变,随着冲击能量增加(18 061 J≤E≤49 831 J),跨中轴向峰值拉应变、残余压应变均先增大后减小,钢筋混凝土短梁依次处于弹塑性挠曲变形、冲剪破坏模式阶段;(3)冲击荷载作用下钢筋混凝土短梁的裂缝萌生和扩展过程并不是单向的,裂缝多次多向扩展形成裂缝带,进而形成塑性铰,导致短梁整体破坏;(4)梁体变形程度主要取决于冲击速度而非冲击能量,具体表现相同冲击能量(30 000 J)下,随着冲击速度增加(5.53 m/s≤v≤7.13 m/s),梁体跨中峰值挠度和残余挠度相应增大(26.81 mm≤w_p≤29.85 mm; 17.12 mm≤w_r≤21.66 mm)。研究成果可为钢筋...     

钢筋混凝土梁在低速冲击下的变形与破坏研究

通过分析钢筋混凝土梁在低速冲击下的应力状态和变形破坏多阶段的性状,建立了冲击体与梁局部与整体相互作用的刚性离散模型,推导了钢筋混凝土梁各构件在不同阶段的变形刚度,利用拉格朗日方程导出了弹性与塑性阶段的运动方程。分析表明：在低速冲击荷载作用下梁的变形与其动力特性、冲击体与梁的质量比Ms/Mb,冲击速度V0、冲击时间和冲击体形状密切相关。在足够宽的Ms/Mb、V0的变化范围内,钢筋混凝土梁呈现出一致的状态特性。     

粘弹性支座RC梁在低速冲击下的弹性响应分析

基于Euler-Bernoulli梁理论,分析了具有粘弹性支座的钢筋混凝土梁在低速冲击作用下的弹性动力响应问题。根据准静态Hertz接触理论和梁的横向振动方程,建立了梁在弹性阶段的动力响应方程组,给出了梁动力函数和支座动力函数的计算方法。研究表明:粘弹性支座使梁的位移峰值减小,而且位移到达峰值的时间也有所延后,有利于提高梁结构的抗冲击能力。与刚性支承相比,粘弹性支座的附加惯性力降低了梁动力函数和支座动力函数值,并降低了梁的振动频率;梁动力函数和支座动力函数值随支座阻尼增大而减小,且支座阻尼加速了动力函数值衰减;除了采用粘弹性支座外,缩短冲击荷载的作用时间也可以减小结构的动力响应。     

低速冲击作用下泡桐木夹层梁界面分层损伤机理

纤维增强复合材料泡桐木夹层梁在使用过程中不可避免地会遭受各种各样的低速冲击作用而发生损伤,直接影响其剩余承载性能,本文假定泡桐木芯材在低速冲击作用下,会发生分层连续屈曲破坏,同时结合理想弹塑性地基理论,建立了泡桐木夹层梁相应的界面分层损伤数值模型。基于该模型,以塑性变形为参数计算了低速冲击时最大接触力的大小,并与试验结果相对比,误差在合理范围之内。     

铝合金梁受低速撞击动态响应的试验研究

梁受横向撞击时,其撞击力、局部变形和整体变形等动态响应受到撞击体质量、撞击速度、撞击位置以及梁刚度特性等因素的影响,研究这些参数对动力响应以及对撞击局部效应和整体效应的影响规律,是合理提出抗撞击防护手段的基础。该文利用低速落锤冲击试验装置进行了铝合金梁横向撞击试验,着重研究不同撞击速度、撞击位置和试件刚度等因素对铝合金梁所受撞击力、整体与局部变形、应变与能量等的影响规律。实验结果表明：随着撞击速度的增加,试件吸收能量的速率增大,撞击力幅值不断增加,撞击荷载主峰值段的持续时间减小;试件的整体变形和局部变形都明显增大,但局部效应相对增加更为显著;随着试件刚度（厚度）的增加,试件受相同速度撞击的吸收能量速率增大,撞击力荷载峰值显著增加;试件整体变形减小,而局部变形增加,说明试件刚度越大,其撞击整体效应减弱,而局部效应增强;试件受撞击后整体变形与撞击力相比明显具有滞后性,表明整体效应滞后于局部效应。     

冲击载荷下矿用移动式救生舱动态响应的数值模拟

矿用救生舱作为煤矿井下重要的逃生装备,舱体的抗爆炸冲击性能直接决定矿工的生命安全。为了评估某型移动式救生舱的动强度,建立舱体在瓦斯爆炸载荷作用下的全尺寸有限元模型,采用ABAQUS动态显式算法对舱体的整体和局部动态响应进行了分析,按照国家暂行规定获得了舱体正面和侧面承受最大峰值压力分别为0.72MPa和0.36MPa,研究结果为舱体的改进设计和安全使用提供科学依据。     

Timoshenko梁在热冲击下的瞬态动力响应

研究了矩形截面简支Timoshenko梁在热冲击载荷作用下的动力响应.首先由分离变量法求得了梁的温度响应,然后采用微分求积法(DQM)分别对位移形式的动力学方程及初边值条件在空间域和时间域进行离散.数值求解离散后的代数方程组,得到了梁在热冲击下的动态位移和应力响应.分析了相关物理和几何参数对动态位移响应和动态应力响应的影响,考察了数值结果的收敛性.数值结果表明,对该类问题采用DQ法求解具有简洁可靠、计算效率高的特点.     

SMA杂交复合材料板低速冲击响应研究

本应用有限单元法，研究了形状记忆合金(SMA)对复合材料板低速冲击响应性能的影响。研究中，通过分析对比不同SMA体积含量复合材料板的低速冲击响应，得出SMA能的效地改善复合材料板低速冲击响应性能的结论，其中，SMA体积含量为0．3的复合材料板的最大挠度大约减少了30％。     

低速大质量球头弹冲击下薄板穿甲破坏机理数值分析

为探讨薄板穿甲破坏机理,采用动态非线性有限元,结合弹道冲击试验,分析了薄板在低速大质量球头弹体冲击下的穿甲破坏过程及其变形机理,薄板的变形吸能规律及破坏模式,并将有限元分析结果与实验结果进行了比较,有限元分析结果与实验结果吻合良好.结果表明:薄板穿甲破坏过程大致可分为三个阶段,即隆起变形阶段,碟形变形阶段和弹体贯穿阶段.其中薄板的隆起变形主要由剪力和弯矩引起的;隆起变形结束后,碟形变形区膜力逐渐增大,超过动态屈服极限,并随冲击速度的减小而增大,到弹道极限附近成为最主要的广义应力;低速冲击下碟型变形是靶板主要的变形吸能方式.大质量低速球头弹冲击下薄板的穿甲破坏模式可归纳为三种:隆起-碟形变形,隆起-碟形变形-贯穿破坏和隆起-贯穿破坏.     

粘弹性边界梁在低速冲击下的动力响应分析

实际工程中的梁结构通常具有粘弹性边界,这些约束表现为弹性和阻尼特征.建立了具有粘弹性边界梁的力学模型,该模型综合考虑弹性和阻尼支承、集中质量块以及支承不对称等情况,根据冲击局部区域的接触力-侵入深度关系式并利用拉格朗日方法建立了横向冲击下粘弹性边界梁的动力方程,并通过与简支梁在相同冲击条件下冲击力和横向位移的对比分析,说明了粘弹性支承对结构动力响应的影响.研究表明,粘弹性边界梁的横向位移比简支梁要小,而且位移到达峰值时的时间有所增加,从而提高结构的抗力.     

低速冲击后复合材料层合板的压缩破坏行为

对缝纫层合板和无缝纫层合板进行低速冲击后压缩破坏实验,以研究低速冲击后层合板的压缩破坏机理。采用C扫描、X射线、热揭层等技术对层合板内的损伤进行测量和对比。结果表明,界面不是很强的碳纤维增强复合材料层合板低速冲击后受压时,层合板非冲击面的子层屈曲及其扩展是导致层合板冲击后压缩强度下降的重要因素,而且子层屈曲主要是沿垂直载荷的方向(90°)扩展;对于准各向同性板,屈曲子层中与母层相邻的铺层的方向一般为90°。层合板的剩余压缩强度与板的冲击损伤面积无直接关系。      

冲击荷载下网壳结构的失效模式及其动力响应特性

为系统全面确定网壳结构的冲击失效模式, 通过大量的参数计算研究网壳结构(包括Kiewitt-8型球面网壳、短程线型球面网壳、肋环斜杆型球面网壳、柱壳)的冲击响应特性, 并以Kiewitt-8型单层球面网壳为例, 总结分析网壳结构冲击失效的4个典型算例, 详述各类失效模式下网壳结构冲击失效的全过程及其荷载作用、结构特征响应、能量传递与转化特点;然后依据不同冲击荷载下网壳的冲击失效特点, 定义了网壳结构的3类失效模式(结构局部凹陷、结构整体倒塌、结构冲切破坏)。为揭示网壳结构的冲击失效机理并提出防护建议做了基础性工作。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土结构的动态响应与破坏模式的数值分析

在爆炸荷载(尤其是脉冲荷载)作用下,除了常见的弯曲破坏形态之外,钢筋混凝土结构还可能发生直剪破坏和弯剪破坏。如何准确地预测爆炸荷载作用下的钢筋混凝土结构动态响应和破坏特征是当前抗爆结构领域十分关注的课题之一。该文介绍作者近年来在这方面的一些研究成果,主要有:将三参数形式的应变速率型材料模型推广应用于二维状态下的混凝土本构关系,建立了弹粘塑性混凝土结构有限元分析方法;基于Timoshenko梁理论和弹粘塑性理论,分别采用有限差分法和有限元法,建立了土中浅埋钢筋混凝土结构动力响应和破坏模式的有限差分和有限元分析方法。对爆炸荷载作用下的典型钢筋混凝土结构计算结果表明:基于Timoshenko梁理论的有限差分分析方法和有限元分析方法能较好地模拟梁的动态响应和弯曲、弯剪以及直剪的破坏模式,而二维弹粘塑性混凝土结构有限元分析方法只能较好地模拟梁的弯曲破坏模式。     

撞击荷载下钢筋混凝土柱动力响应的数值研究

为了研究撞击荷载下钢筋混凝土柱的动力响应,该文基于有限元软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土构件碰撞模拟分析的数值模型。对经典钢筋混凝土梁落锤试验进行数值模拟,分析表明该数值模型能够较好的模拟钢筋混凝土构件碰撞过程中的撞击力和变形发展。基于该模型该文研究了不同因素对刚体碰撞钢筋混凝土柱动力变形和撞击力的影响,包括撞击体速度、质量和形状,钢筋混凝土柱纵向配筋率、配箍率和混凝土轴心抗压强度以及材料应变率。分析表明钢筋混凝土柱在撞击作用下的破坏模式主要包括：局部损伤型、整体破坏型和局部破坏型。影响撞击力曲线变化的因素可分为三种：撞击体自身的因素,影响柱体刚度的因素和影响柱体材料强度的因素。各种因素对撞击力峰值、撞击力平台值和撞击持时分别具有不同的影响规律。这些规律将为建立建筑结构倒塌分析的简化撞击力模型提供参考。     

三级配混凝土静、动载下力学细观破坏机制研究

假定三级配混凝土是由砂浆基质、不同粒径的骨料及其粘结带组成的非均质复合材料,采用非线性有限元方法在细观尺度上数值模拟三级配混凝土弯拉梁在静、动载下的开裂过程。按实际配比计算各种骨料的代表粒径的数目,采用蒙特卡罗方法随机生成骨料分布,骨料形状假定为圆形,最小粒径为12.5mm。骨料、砂浆及其粘结带均采用了非线性本构模型,具体模拟了材料的开裂、拉伸软化、塑性屈服和压碎等非线性。研究中还给出了梁关键部位的应力应变全过程曲线,研究成果还与未考虑材料的非均质性的结果进行了比较。结果表明,混凝土类的多项非均质复合材料的静、动力学性能与其内部的细观结构组成有密切关系,混凝土中最薄弱的部位为粘结界面,混凝土的破坏明显表现出拉应变软化现象和局部化现象。数值模拟结果与有关试验成果较为接近。