复杂结构在冲击和振动加载下动态响应分析

论文摘要

材料和结构的动态力学性能研究不仅是国民经济中，更是军事技术中的重点和难点。当前，对于这类问题的研究主要采用的方法有理论研究、实验研究以及数值模拟。对于复杂材料和结构的动态响应问题，理论研究已很难解决，实验研究则耗时耗资金，而数值模拟方法则具有成本低、重复性好的特点，可以方便地开展不同初边值条件，不同材料的分析，因此得到了人们越来越广泛的使用。本文采用数值模拟方法，包括有限差分和有限元两种方法，对具有含损伤复杂本构关系的材料以及复杂结构在几类典型复杂载荷作用下的动态响应进行了分析研究。 论文的第一部分开展了球形和柱形壳体结构在内聚爆炸载荷下的动态响应和破坏规律研究工作，这一工作在武器效应、航空航天领域具有重要和直接的应用前景。通过内聚爆炸，可使壳体内部产生一个具有高压和高温状态的区域，从而使一些可产生更高能量，但初始条件要求较为苛刻的反应得以进行，因此对于新式武器的研究有着极其重要的意义。本文在前人的基础上采用有限差分方法将一种新型损伤破坏准则应用在内聚爆炸载荷下中厚球壳和柱壳破坏问题上，较好地模拟了壳体在变形过程中内壁层裂破坏现象，得到了与实验较为一致的结果。 论文的第二部分内容是通过对ABAQUS软件材料本构接口功能的二次开发，成功地引入了含三种不同损伤演化模型的复杂本构关系，并对爆炸载荷下柱壳破裂、平板撞击以及钨合金绝热剪切三类问题进行了系列的数值模拟，得到了较好的结果。这三种损伤演化模型包括细观损伤模型，唯象损伤模型以及绝热剪切损伤模型。需要指出的是本文还对前人提出的损伤演化方程进行了改进和发展，在孔洞增长过程中考虑了孔洞周围介质动能增加(即惯性效应)对材料损伤发展的影响，从而使问题的模型和结果更加合理。 双层壳体结构由于具有很好的防护效果，在民用和军事上都有广泛的应用价值。双层结构比单层结构有着明显的复杂性，这不仅表现在构件增加和复杂，而且表现在其内外层连接方式的多样性和复杂性上。迄今为止，尚未有人对其进行全面的动态响应分析。本文的第三部分利用ABAQUS软件，首次对一类有泡沫塑料和螺栓复杂联结的双层壳体结构的动态响应开展了较系统的研究工作，其外

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 塑性力学发展
• 1.3 损伤力学的研究进展
• 1.3.1 唯象宏观本构理论
• 1.3.2 微损伤的统计描述
• 1.3.3 细观损伤力学
• 1.4 爆炸载荷下壳体破裂问题的研究进展
• 1.5 结构振动和冲击响应研究的意义和发展概况
• 1.6 本文的主要工作
• 第二章 含损伤热粘塑性本构关系及其应用
• 2.1 应力空间中的加载函数和广义正交法则
• 2.2 含损伤本构关系计算
• 2.2.1 时率无关弹塑性材料含损伤的本构关系
• 2.2.2 时率无关加载函数的一个特殊形式
• 2.2.3 时率相关弹塑性材料含损伤的本构关系
• 2.2.4 时率相关加载函数的一个特殊形式
• 2.3 微孔洞型损伤材料的损伤函数定义及其演化方程
• 2.4 损伤和温度对材料性能的综合影响
• 2.5 一个含损伤和温度软化效应的本构方程
• 2.6 具体实例
• 2.6.1 求解的具体过程
• 2.6.2 差分方程组和计算流程
• 2.6.3 计算结果与分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 材料本构关系在ABAQUS中的嵌入
• 3.1 引言
• 3.2 ABAQUS软件简介
• 3.3 ABAQUS材料本构接口介绍
• 3.4 算例
• 3.4.1 柱壳受内部爆载荷作用
• 3.4.2 平板撞击
• 3.4.3 钨合金绝热剪切数值模拟
• 3.5 改进的损伤演化方程
• 3.5.1 孔洞增长惯性效应对损伤演化方程的影响
• 3.5.2 算例
• 3.6 本章小结
• 第四章 频域载荷下双层壳体的动态响应分析
• 4.1 引言
• 4.2 模态分析
• 4.2.1 模态分析基本理论
• 4.2.2 双壳结构的模态分析
• 4.3 结构受随机振动载荷的响应
• 4.3.1 随机振动基本理论
• 4.3.2 双壳结构的随机振动响应分析
• 4.4 结构的冲击响应谱响应
• 4.4.1 冲击响应谱基本理论
• 4.4.2 双壳结构的冲击响应谱分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 时域载荷下双壳结构的动态响应
• 5.1 引言
• 5.2 螺栓的处理
• 5.3 材料的本构关系
• 5.4 结构受冲击载荷作用下的响应
• 5.5 振动和冲击联合加载下结构的动态响应
• 5.5.1 振动载荷为正弦载荷
• 5.5.2 振动载荷为随机载荷
• 5.6 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 今后工作展望
• 参考文献:
• 攻读博士期间撰写的报告和发表的论文