冲击荷载下短程线型和肋环斜杆型球面网壳的失效模式

论文摘要

球面网壳作为大跨空间结构的主要形式之一,已得到越来越广泛的应用,并成为各地的标志性建筑。但此类结构因其特殊的结构形式、重要的政治经济意义,遭受自然和人为破坏的几率也相对较大。其中冲击作用具有短时超强、破坏力大的特点,网壳结构一旦遭受冲击作用,在结构遭受严重破坏的同时,往往会给社会及人们的心理带来严重的负面影响。特别是在9.11事件后,人们对冲击荷载作用下结构的性能更为关注,网壳结构冲击响应的研究也成为当今的热点问题。本文首先介绍了求解冲击问题的通用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,并介绍了该软件分析冲击问题的相关基础理论。然后对ANSYS/LS-DYNA求解冲击问题中的建模方法进行说明,定义了单元类型、材料属性和接触类别,提出了网壳在冲击作用下合理的建模方法,并通过典型算例的对比分析,验证了本文网壳冲击响应分析方法的正确性。运用ANSYS/LS-DYNA软件对冲击荷载作用下的40m跨度的短程线型球面网壳和40m跨度的肋环斜杆型球面网壳进行了冲击响应分析,分别总结了两种球面网壳在冲击荷载下的三种失效模式:结构局部凹陷、结构整体倒塌、杆件剪切破坏,并分析了各种失效模式下的动力响应（冲击力、节点速度、节点位移、杆件应力）特点。通过改变冲击物质量、冲击速度、冲击位置,对两种网壳结构在冲击荷载下的动力响应进行了参数研究,全面考察了这些参数对失效模式的影响,并阐述了失效模式随各参数的分布规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 结构抗冲击研究现状
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.3 本文研究内容
• 第2章 基于ANSYS/LS-DYNA 的网壳结构冲击响应分析方法
• 2.1 引言
• 2.2 基于ANSYS/LS-DYNA 的结构冲击响应分析的理论基础
• 2.2.1 结构动力平衡方程
• 2.2.2 平衡方程的数值解法
• 2.3 基于ANSYS/LS-DYNA 的网壳结构受冲击的建模方法
• 2.3.1 定义单元类型
• 2.3.2 定义材料属性
• 2.3.3 选择接触算法
• 2.4 分析方法验证
• 2.5 本章小结
• 第3章 冲击荷载下短程线型球面网壳的失效模式
• 3.1 引言
• 3.2 短程线型球面网壳受冲击的建模方法
• 3.3 冲击荷载下短程线型球面网壳的典型算例分析
• 3.4 短程线型球面网壳失效模式定义及分布规律
• 3.5 本章小结
• 第4章 冲击荷载下肋环斜杆型球面网壳的失效模式
• 4.1 引言
• 4.2 肋环斜杆型球面网壳受冲击的建模方法
• 4.3 冲击荷载下肋环斜杆型球面网壳的典型算例分析
• 4.4 肋环斜杆型球面网壳失效模式定义及分布规律
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢