冲击荷载作用下单层网壳结构动力稳定性研究

针对冲击荷载不同于地震作用,而常规动力稳定性判定准则不适用问题,阐述求解冲击问题的基本理论及冲击荷载取值;据冲击荷载特性提出适合冲击碰撞问题的单层网壳结构动力稳定性判定准则;选K6型单层网壳结构模型,利用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行结构冲击作用下动力稳定性分析,通过大量算例,分析其在不同冲击物质量比及速度作用下全过程动力响应,结合动力响应模式获得冲击荷载作用下单层网壳动力失稳的临界能量区域,并从矢跨比、跨度、杆件截面三方面对结构进行参数分析。结果表明,基于网壳动力响应模式与冲击能量相结合方法对单层网壳进行动力稳定性判定合理;结构刚度越小,冲击作用下动力稳定性越差;加大主肋利于提高结构动力稳定性。     

网壳结构冲击响应分析方法及抗冲击特性研究

在明确网壳结构冲击响应关键问题的基础上,提出了实用有效的网壳结构冲击响应分析方法,包括网壳结构冲击响应的特征指标（荷载作用与特征响应）、冲击响应的分析流程与计算模型三部分。并应用此方法对典型网壳（Kiewitt-8型单层球面网壳）的冲击响应特性进行研究,分析了荷载作用特点、主要节点的速度与位移变化规律、主要杆件的应力变化规律及网壳结构的能量变化特征;结果表明网壳的荷载作用是短时超强的半正弦脉冲;响应特点是在冲击瞬间冲击区局部响应骤增,并逐渐向支座方向传播,从冲击区到支座,结构局部响应依次达到极值,此外,冲击区破坏将导致速度与能量时程曲线突变。上述成果为网壳结构抗冲击研究奠定了基础,也为其他大型结构抗冲击研究提供借鉴。     

冲击荷载下单层凯威特型球面网壳的防护方法及建议

避免结构在冲击荷载下出现整体倒塌为防护目标,对单层凯威特型球面网壳的抗冲击防护方法进行研究。应用有限元软件ANSYS LS/DYNA建立凯威特型单层球面网壳与圆柱形冲击物的模型,并展开大量参数分析工作。在此基础上,依据网壳结构的冲击失效规律及连续倒塌的特点,提出可供实际应用的冲击荷载下网壳结构的3种防护方法（轻屋面,整体加强法,临界位置加强法）;并分别对防护效果进行验证。然后综合考虑防护效果与结构成本,提出冲击荷载下网壳结构的防护建议。     

核电站特种气密防火门在风致飞射物冲击作用下安全性能研究

采用LS-DYNA程序分析研究了某型核电站气密防火门在龙卷风及其飞射物冲击荷载联合作用下的动力响应。计算给出了气密防火门在F4级龙卷风及风致飞射物作用下的冲击力曲线、结构变形和耗能情况,分析了冲击过程的能量耗散机制,考察了冲击位置对防火门响应性态的影响,指出了门体抗飞射物冲击设计和安全检验的关键问题,发现飞射物撞击位置不同对防火门的耗能机制和冲击力曲线有一定的影响。     

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。     

冲击荷载下一端简支一端固支高桥墩的动力屈曲

考虑剪切变形和大位移的影响,建立一端简支一端固支高桥墩在冲击荷载作用下的非线性动力学基本方程式;通过位移形函数假设,采用伽辽金积分方法得到了时间变率的动力学控制方程;利用四阶Runge-Kutta法进行数值求解,得到冲击荷载作用下高桥墩的临界荷载、位移响应曲线以及各种荷载和几何参数对临界荷载的影响规律。通过数值算例比较了三角形冲击荷载和矩形冲击荷载作用下的荷载-位移幅值响应曲线;给出了矩形冲击荷载作用下,不同峰值的位移响应曲线、临界荷载随高桥墩柔度的变化曲线、不同冲击持续时间对临界荷载的影响     

钢筋混凝土柱式墩落石冲击抗剪性能可靠性分析

建立一种基于可靠度理论的落石冲击作用下钢筋混凝土柱式桥墩抗剪性能可靠性分析方法。在数值分析方法可靠性验证基础上通过非线性有限元分析生成了60组落石-墩柱接触力时间过程数值样本,考虑等冲量和等峰值建立落石撞击荷载的简化半波正弦模型;以Priestley公式描述墩柱抗剪能力,以剪力破坏参数定义墩柱损伤等级,通过蒙特卡洛随机抽样得到各撞击强度下结构失效概率,进而得到易损性曲线,进行了落石质量、撞击速度、墩柱截面面积、混凝土轴心抗压强度和箍筋配筋率参数敏感性分析。结果表明,数值模型参数能够有效模拟钢筋混凝土构件落石冲击响应;相比于全局平均等效静力,峰值等效静力方法更适用于落石冲击荷载等效静力简化;落石质量和撞击速度增加不同程度增加墩柱抗剪失效概率,混凝土轴心抗压强度提高、墩柱截面面积增加和箍筋加密一定程度上降低墩柱各个等级损伤发生概率。     

冲击作用下钢筋混凝土深梁动力性能试验研究

为了探讨在冲击荷载作用下钢筋混凝土深梁的动力性能,利用大型落锤试验机对两组具有不同静载破坏特性的简支钢筋混凝土深梁进行了不同冲击速度下的动力性能试验研究,并考虑了二次冲击的影响。通过对高速摄像机所记录的各试件在冲击过程中裂缝的发生、发展直至试件破坏的全过程进行分析和不同荷载下裂缝形态差异的对比分析,表明不同的冲击速度下试件裂缝的发生、发展过程及裂缝形态表现出明显的差异,二次冲击下的主要裂缝基本遵循一次冲击产生的裂缝路径发展。详细分析了冲击力和跨中位移时程曲线以及冲击力-跨中位移曲线的特征,发现冲击力峰值与冲击速度、最大跨中位移和跨中残余位移与冲击速度在不发生严重剪切破坏时均满足近似线性关系。分析还表明,具有较好延性的深梁具有更好的抗冲击性能。最后,通过对比分析冲击力、支座反力和惯性力时程曲线,得出采用冲击力峰值和支座反力峰值作为深梁的抗冲击承载力均不准确的结论。     

双参数冲击荷载作用下弹性压杆的动力屈曲研究

作用在实际结构上的冲击荷载往往是相当复杂的,冲击荷载形式对结构动力屈曲有较大影响。对双参数冲击荷载作用下的弹性压杆动力屈曲进行研究,采用等价矩形脉冲对荷载进行简化。分别对理想的和初始几何缺陷的弹性压杆冲击屈曲进行分析和计算,并以两端简支和两端固定轴心压杆冲击屈曲作为算例,初步揭示了冲击荷载形式对轴心压杆动力屈曲的影响规律,获得了有价值的结论。     

冲击荷载作用下岩石破碎分形特征

为探究冲击荷载作用下岩石破碎分形特征,选取花岗岩和砂岩开展分离式霍普金森压杆(SHPB)岩石动力学试验,得到了不同应变率下岩石的应力-应变曲线、破碎特性、强度参数和能量参数;利用标准筛对破碎后的岩块进行筛分,获取了岩石破碎块度分布曲线,并基于碎块粒径分布的质量分形模型计算出分形维数D;最后分析了分形维数与加载参数、破碎特性和耗能特性之间的关系。结果表明,岩石在冲击荷载作用下的破碎块度分布符合分形规律;动态抗压强度随应变率增大而增大,两者满足乘幂函数关系;加载过程中岩石应变率越大,岩石破碎程度越深,分形维数越大;分形维数与岩石破碎耗能密度之间满足乘幂函数关系。采用分形维数可实现对岩石在冲击荷载作用下的破碎特性、力学特性和破碎耗能特性的定量研究。     

Prediction of structural response for low velocity impact

The complete modeling for impact on flexible structures can always be done through a three-dimensional finite element model. The FEM approach is often very costly both from modeling and calculation duration point of views, so it can be simplified by using simplified impact models. The selection of an impact model depends on the structural response, thus one should be able to predict the expected structural response a priori in order to select an appropriate impact model. Impact duration is an important parameter that can be helpful for predicting the expected structural response. This paper provides guidelines for the prediction of the structural response on the basis of impact duration and the fundamental period of the impacted structure. A criterion for defining a precise upper limit of low velocity impact is also developed.     

刚构-连续组合桥梁冲击系数多因素灵敏度分析

为了研究影响冲击系数的显著性因素,以某刚构-连续组合桥梁为依托工程,采用三轴二分之一车辆模型,基于通用程序建立了车桥耦合振动有限元分析模型,考虑了车桥频率比、桥面不平整度、车体质量、车辆阻尼比、行车速度、车辆行驶方式、桥梁刚度、桥跨布置和下部结构计算模式等9个影响因素,通过正交试验表研究了该桥在诸因素下结构控制截面的挠度（位移）、弯矩冲击系数,并开展了冲击系数的敏感性因素分析。结果表明,现有规范计算此类桥梁的冲击系数值偏小;车桥频率比、桥面不平度及车辆行驶速度是影响该类桥梁冲击系数的敏感性因素,研究成果为将冲击系数定义为多因素的函数表达式指明了方向     

薄面板复合材料蜂窝夹层结构冲击试验

为研究薄面板复合材料蜂窝夹层结构在冲击载荷下的接触力响应和损伤情况,用两种不同质量的冲头对不同面板厚度的复合材料夹层结构进行了多种能量的落锤式冲击试验,并对冲击后的试验件进行了损伤测量。结果表明：冲击能量相对较低时,最大接触力较小,随着冲击能量的增加,最大接触力在增大过程中会出现门槛值,即达到某一值后不再上升。低能量下,冲击损伤表现为面板凹坑和冲击点周围的少量分层,随着冲击能量变大,面板逐渐出现纤维断裂进而被穿透。面板未穿透时,冲头会反弹,接触力-时间曲线的下降段没有台阶,分层区域直径约为冲头直径的1.2倍;面板穿透时,冲头不反弹,接触力-时间曲线下降段出现台阶,分层区域直径约为冲头直径的1.8倍。当最大接触力达到门槛值后,相同冲击能量下,冲头质量越大,冲击持续时间越长,凹坑越深。     

平面钢框架在撞击荷载作用下的抗连续倒塌分析

各种自然灾害和人为因素都可能造成结构连续倒塌,抗连续倒塌研究经常抛开引起倒塌破坏的原因,直接拆除关键柱,研究剩余结构的抗倒塌性能.该研究以平面框架受撞击荷载为例分析具体灾害对框架结构抗倒塌性能的影响,提出一种撞击力简化模型,分析结构体系对撞击力的激励反应,并将撞击拆柱法模拟结果与传统直接拆柱法结果对比,分析两种方法对结...     

基于小偏置碰的乘员二次碰撞分析及约束系统仿真优化

研究64 km/h小偏置碰的乘员动态响应及约束系统参数影响.通过建立50 km/h全正碰与64 km/h小偏置碰的约束系统模型,比对两种工况中的乘员二次碰撞运动姿态与损伤特点.仿真结果表明小偏置碰中乘员上躯干相对车体产生较大的横向加速度,导致头部和颈部等部位损伤加剧.基于上述损伤特点,导入侧气帘模块并分析其对乘员损伤的...     

Numerical simulations of low-velocity impact on an aircraft sandwich panel

The potential hazards resulting from a low-velocity impact (bird-strike, tool drop, runway debris, etc.) on aircraft structures, such as engine nacelle or a leading edge, has been a long-term concern to the aircraft industry. Certification authorities require that exposed aircraft components must be tested to prove their capability to withstand low-velocity impact without suffering critical damage.

This paper describes the results from experimental and numerical simulation studies on the impact and penetration damage of a sandwich panel by a solid, round-shaped impactor. The main aim was to prove that a correct mathematical model can yield significant information for the designer to understand the mechanism involved in the low-velocity impact event, prior to conducting tests, and therefore to design an impact-resistant aircraft structure.

Part of this work presented is focused on the recent progress on the materials modelling and numerical simulation of low-velocity impact response onto a composite aircraft sandwich panel. It is based on the application of explicit finite element (FE) analysis codes to study aircraft sandwich structures behaviour under low-velocity impact conditions. Good agreement was obtained between numerical and experimental results, in particular, the numerical simulation was able to predict impact damage and impact energy absorbed by the structure.     

A simplified method for charpy impact testing near liquid helium temperature

A simplified method of examining the impact properties of materials below 5 K is proposed.     

单层网壳结构冲击响应模式及临界冲击动能研究

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。