联方网壳及其弦支结构的冲击性能

应用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立50m跨度的单层联方球面网壳及其相应的弦支网壳的有限元模型并进行数值模拟分析,得到联方单层球面网壳及其相应弦支网壳的冲击力、位移及杆件应力随着冲击速度和冲击体重量变化的时程曲线变化规律.通过分析表明联方网壳及其弦支结构的冲击过程相类似,可以分为冲击阶段、稳定相持阶段和衰减阶段3个阶段;网壳杆件突然断裂会导致冲击力发生突然的变化;弦支结构相对于联方单层网壳而言,在相同的冲击速度和冲击重量的作用下,弦支结构可显著减小网壳的最大位移,增加网壳的抗冲击能力;弦支结构索力的增加可适当减小冲击产生的位移,但减小效果有限;径向杆件和环向杆件的冲击应力距离冲击点越远,冲击应力峰值及残余应力也越小.     

雷暴冲击风作用下风力发电机动力响应参数

为了研究移动雷暴冲击风的时域特征及其作用下风力发电机动力响应参数的特点,利用谐波叠加法模拟得到移动雷暴冲击风的风速时程;建立考虑叶片和塔筒耦合作用的风机结构有限元模型,得到沿塔筒高度方向加速度、位移、截面应力、剪力的响应分布规律;考虑风机停机状态下不同叶片的停摆角度,进一步分析叶片及塔筒的加速度、位移响应;考虑不同风向角对风机影响,分析动力响应的频域特性,给出振型参与系数、塔顶位移及加速度和塔底弯矩的幅值随频率的变化规律。研究表明,移动雷暴冲击风的风速时程包括2个明显的波峰(0～T/3、T/3～T/2),不同叶片停摆角下位移响应峰值的变化与所在位置高度密切相关,雷暴冲击风荷载频率和一阶主频(0.230 Hz左右)对结构位移和截面弯矩幅值影响明显。     

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。     

球节点刚度对单层柱面网壳地震响应影响随PGA变化的规律

已有研究发现单层柱面网壳焊接空心球节点刚度对结构的地震响应有一定影响,为了解此影响随PG A （地震动峰值加速度）变化的规律,对相同尺寸的单层柱面网壳精细化模型和常用模型进行了地震响应对比分析。其中精细化模型是按照空心球节点和钢管杆件的实际尺寸建立的壳单元模型;常用模型采用梁单元建模,不考虑球节点。改变PG A后,对比2种模型相同位置节点的位移时程曲线可以看到：随着 PG A 的增加,精细化模型与常用模型的节点位移响应差值越来越大;PGA超过结构的失稳临界值后,随着PGA的增加,加大精细化模型节点壁厚对提高结构抗失稳能力的作用越来越小。     

掩体结构受爆炸作用动力响应的数值模拟

利用大型通用有限元软件ABAQUS对钢筋混凝土掩体结构在爆炸荷载作用下的动力响应进行数值模拟,其中混凝土采用塑性损伤模型,并考虑了应变率效应。通过对比分析了结构在相同强度的总脉冲压力作用下的内力,节点位移和塑性能量损失,最后得出结论:对混凝土掩体结构,在相同强度的总脉冲压力作用下会发生不同的动力响应,峰值压力越大,响应越明显。     

掩体结构受爆炸作用动力响应的数值模拟

利用大型通用有限元软件ABAQUS对钢筋混凝土掩体结构在爆炸荷载作用下的动力响应进行数值模拟，其中混凝土采用塑性损伤模型，并考虑了应变率效应。通过对比分析了结构在相同强度的总脉冲压力作用下的内力，节点位移和塑性能量损失，最后得出结论：对混凝土掩体结构，在相同强度的总脉冲压力作用下会发生不同的动力响应，峰值压力越大，响应越明显。     

爆炸荷载作用下钢框架柱冲击响应与破坏模式的数值模拟

目的运用非线性显示动力学有限元方法分析计算爆炸冲击荷载作用下钢框架柱的冲击响应和破坏模式．方法基于有限元分析程序ANSYS／LS—DYNA建立三维有限元模型,分析钢框架柱在3种爆炸荷载作用下可能发生的破坏模式特征及其影响因素．结果壳单元shell163考虑了局部屈曲效应和剪切应变的影响,可以有效模拟在爆炸荷载作用下钢框架柱的冲击响应和破坏模式．在荷载峰值相同的情况下,荷载持续时间越长,结构的变形越大;荷载冲量相同时,爆炸荷载峰值压力越高,结构的破坏程度越严重．结论钢框架柱的破坏模式与爆炸荷载的作用特征有关：在冲量荷载作用下,钢框架柱倾向发生柱脚剪切破坏和柱中翼缘屈曲破坏;在动力荷载作用下,钢框架柱则倾向发生柱脚剪切破坏;在准静态荷载作用下易发生整体弯曲屈曲破坏．     

考虑重力效应的单层球面网壳抗冲击荷载性能

为研究冲击荷载作用下网壳结构的动力响应,应用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立60m跨度K8型单层球面网壳的冲击模型并进行数值分析,计算对比是否考虑重力效应两种情况下,网壳在冲击荷载作用下的动力响应.得出产生差异的主要原因:网壳结构的自重敏感性、离心力效应与几何大变形.由此得出结论:只有考虑重力效应,即冲击荷载与重力荷载同步施加到结构时,所得的动力响应才是准确的.在上述基础上,对135个K8型网壳算例进行分析,研究表明:网壳竖向变形和主要杆件受力随着冲击质量与速度的增加而增大,当质量与速度增加到一定值后,二者均不再变化.     

水下爆炸冲击载荷作用下潜艇冲击环境仿真研究

以某潜艇的基本结构图为基础,建立三维有限元模型,对潜艇结构的冲击环境进行数值实验研究.潜艇的冲击环境是考核潜艇生命力问题的关键.文中利用大型结构分析软件ANSYS/LS-DYNA计算了艇体在不同的炸药当量、不同的起爆位置时的冲击环境,分析了潜艇艇体结构在不同的工况下的冲击响应.通过对潜艇在遭受典型武器攻击后的冲击环境和冲击因子的研究,给出了加速度峰值在潜艇不同部位的分布规律.数据分析表明:潜艇结构的冲击响应峰值在潜艇的不同部位有着不同的趋势,非耐压壳体和耐压壳体之间的各类液舱起到了相当于防爆水舱的作用,使潜艇的冲击环境得到了改善.这对潜艇的抗爆抗冲击性能研究具有一定的参考价值.     

台风作用下弦支网壳结构动力失效

为了研究台风作用下弦支网壳结构的动力失效,采用谐波合成法模拟杭州和舟山地区台风作用下弦支网壳表面各节点的风速时程,在ANSYS中建立弦支网壳结构有限元模型,分析结构自振特性,分别对时域内2个地区台风作用下弦支网壳结构的动力性能进行数值模拟,通过对各指标的分析,得出弦支网壳结构在风荷载作用下动力响应的特点.参考网壳结构在地震作用下动力失效的相关研究,结合弦支网壳动力响应特点,以节点最大位移、塑性杆件比例以及拉索松弛为指标,提出台风作用下弦支网壳结构动力失效判定准则.结果表明,该准则具有一定的合理性和适用性.     

强震作用下球面网壳动力强度破坏研究

为全面认识壳结构塑性发展全过程,以单层K8型球面网壳结构为例,采用ANSYS程序专有的Pipe20单元,对网壳结构的塑性内力重分布、网壳杆件进入塑性比率、杆件截面进入塑性程度、构件塑性变形、结构塑性位移、结构关键节点位移等随地震加速度幅值的全过程响应进行了全面分析．获得了对球面网壳结构有关塑性发展和动力强度破坏行为的认识,较完整地建立了网壳结构高烈度强震分析的实用方法．     

纤维金属层板受低速冲击响应的计算方法

通过参数分析研究了纤维金属层板在低速冲击下的响应,得出试件尺寸、厚度,撞头尺寸、形状和冲击角度对载荷峰值和最大位移的影响规律。在此基础上,结合Timoshenko板壳理论,推导出适合于圆形和方形纤维金属层板受低速冲击时的经验公式,据此经验公式可求得给定初边条件下纤维金属层板的载荷-位移关系的上升段。对比经验公式和模拟结果发现,经验公式的结论比Timoshenko理论更接近试验值,对纤维金属层板的结构设计具有指导意义。     

空间高度对球面网壳结构内爆炸响应的影响

基于修正后的Johnson-Cook材料模型,应用ANSYS/LS-DYNA建立K8型单层球面网壳计算模型,对内爆炸下不同空间高度的结构爆炸响应进行计算和分析。首先,分析结构内爆炸冲击波传播规律,验证模型参数选取的可行性;其次,讨论内爆炸作用下球面网壳的动力响应,对比分析不同本构模型对爆炸响应的影响;最后,定义下部支承结构所围体积占结构所围总体积的比值为空间高度系数,讨论空间高度系数对墙面未开洞和墙面开洞球面网壳动力响应的影响。结果表明,爆炸冲击波在球面网壳结构角部有汇聚效应,与反射冲击波共同作用,严重影响球面网壳结构的动力响应;对于墙面未开洞的球面网壳,爆炸响应受反射冲击波影响较大;对于墙面开洞的球面网壳,爆炸响应受空间高度系数影响较大。基于研究结果给出了球面网壳结构在内爆炸下防爆和抗爆设计的合理空间高度系数建议值。     

滚轴基础隔震的动力分析

为了分析滚轴隔震结构在地震作用下的动力响应，在滑移隔震研究的基础上，针对滚轴纯滚动运动特点，推导出了滚轴隔震结构的动力方程.对某一工程实例采用滚轴隔震的方法，进行了在El Centro地震波作用下的数值模拟仿真，并分析了隔震结构的峰值加速度、相对位移、基底位移和基底残余位移等.结果表明：滚轴隔震能有效地减缓上部结构在强震时的响应.当滚动摩阻系数大于0.15 cm时可以不施加限位装置，滚动摩阻系数越小，上部结构的加速度和层间位移越小，进一步减缓上部结构 “鞭梢效应”的效果越明显.     

双层壳结构抗冲击性能仿真研究

对潜艇结构冲击响应(加速度)的分析可以评价结构的抗冲击能力并为提高结构抗冲击性能提供依据.以某潜艇的结构和型线为基础,利用大型有限元计算软件ANSYS/LS DYNA计算了双层壳结构在改变外层壳体(简称外壳)及内层壳体(简称内壳)的厚度时的冲击环境,分析了双层壳结构在不同工况下的冲击响应,讨论了外壳和内壳对双层壳结构冲击环境的影响.通过数据分析表明:在改变外壳及内壳板厚的情况下,外壳及内壳的冲击响应(加速度)近似服从威布尔分布,内部结构的冲击响应近似服从正态分布;在同一冲击因子下,改变外壳板厚和内壳板厚对结构各部分的冲击响应影响不同.这对于潜艇的抗爆炸抗冲击分析及合理的结构形式具有重要意义.     

预测单层柱面网壳破坏模式的细胞自动机方法

为改进网壳结构有限元数值模拟效率以及拓展数值模拟结果应用,发展了一种预测单层柱面网壳结构破坏模式的细胞自动机方法.该方法通过有限元模拟,给出了单层柱面网壳简谐地面运动下动力失稳破坏模式和TAFT地震波作用下动力强度破坏模式;然后,用归一化节点有限元位移值、以及归一化节点对数应变能密度值构成网壳两种细胞自动机状态模式;进而,建立了单层柱面网壳相似节点域的概念,并给出了相应的匹配准则;最后,以基础网壳破坏模式为依据,通过匹配基础网壳和目标网壳之间的相似节点域,预测了目标网壳失稳破坏位移模式和强度破坏对数应变能密度模式.预测结果验证了所发展的细胞自动机方法的有效性,期待成为分析网壳结构的新途径.     

公路隧道冲击响应的2D有限元分析

在有限元计算中,为了保证网格划分的合理性,提高计算的精度,结合自主研发的结构分析软件系统SASS,提出了一种生成曲边有限元网格的有效方法,以变比例的方式综合考虑大单元各边节点对内部各对应点坐标的影响.对某公路隧道横截面建立了平面应变状态下的有限元模型,考虑冲击荷载在不同速度和作用时间的影响下,对其进行动位移、速度和加速度的分析.结果表明:在相同的冲击速度下,冲击荷载作用时间越长,引起隧道壁上的最大位移值越小;当冲击荷载作用时间相同时,在不同冲击速度下,同一点到达各自最大位移值的时刻相同;在冲击荷载的速度和作用时间相同的情况下,各控制点位移、速度和加速度都呈同步周期性变化.     

LNG储罐单层球面网壳结构动力特性分析

为研究LNG储罐穹顶单层网壳在地震载荷作用下的动力特性，通过3D3S软件建模并借助有限元分析软件ANSYS对单层网壳进行模态分析和地震时程分析，得到结构自身振动特性和动力响应规律。结果表明：穹顶网壳相邻两阶固有频率相近，网壳变形左右对称，后期以整体变形为主。地震波的形态和频率对结构节点位移时程曲线和杆件轴力时程曲线的形状影响较大，结构在人工波作用下动力响应最大，应该选用多条地震波对网壳结构进行包络分析；矢跨比在前10 s相同地震激励下对结构动力响应影响较大，矢跨比为5/36时结构变形最小且最为稳定；整体结构节点位移明显大于单独网壳结构，设计网壳结构时，应该考虑下部结构对网壳动力性能的影响。     

大型复杂舰船设备抗冲击动态特性研究

舰船设备的抗冲击能力,对提高舰船生命力和战斗力具有十分重要的影响.采用实体建模技术,建立某舰用主汽轮机组有限元模型,并在时域上分别从垂向和横向对其进行冲击加载.冲击载荷采用将冲击输入谱转换为i角形变化历程的加速度载荷.通过对计算结果的对比分析,总结了主汽轮机组结构对加速度冲击载荷的动态响应特性,并发现主汽轮机组结构对加速度冲击载荷的动态响应特性与冲击载荷的峰值、脉宽以及加载方向由密切关系.所得结论对开展舰船设备抗冲击方面的研究提供了一定参考.     

冲击荷载下混凝土破坏过程的数值模拟

目的 探究冲击荷载作用下混凝土内部真实的破坏机理以及在不同应变率下混凝土强度随应变率的变化规律.方法 基于离散单元法,采用细观二维梁-颗粒模型BPM(Beam-Particle Mode in Two Dimensions)模拟了三种不同应变率下混凝土材料的动态响应.结果 从混凝土破坏图形可以看出.冲击荷载下混凝土的破坏过程实际上是混凝土内部的原生裂纹的激发、扩展、贯通直至整体结构的破坏.从混凝土应力-应变曲线可以看出.混凝土是率敏感性材料,其峰值应力和应变均随应变率的提高而增大.结论 模拟结果和试验结果在达到峰值应力前的曲线基本吻合,说明梁-颗粒模型可以用来模拟混凝土在冲击荷载下的动态破坏,其结果是可靠和准确的.