基于移行铰理论的固支方板抗爆动力响应分析

论文摘要

固支方板的塑性动力响应研究对防护结构的抗爆设计具有重要的理论意义和应用价值。本文利用移行铰理论,对刚塑性固支方板在爆炸荷载作用下的塑性动力响应进行了理论研究,并通过数值模拟和文献试验对本文理论结果进行对比,验证了移行铰理论的可行性,并确定了中点挠度公式的适用范围。主要内容如下：1、通过端部承受突加荷载的悬臂梁说明了移行铰的形成过程,并分析了移行铰的特性。2、将爆炸荷载简化为有上升段和下降段的三角形荷载,按均布荷载的形式施加到固支方板上。按照板内是否出现移行的塑性铰线,将爆炸荷载分为中载和高载两种情况。研究表明,随着荷载强度的增加,固支方板在爆炸荷载作用下将出现四种运动模式,并分别导出四种运动模式下板中点的挠度公式。3、在高载情况下,固支方板在板内形成移动的塑性绞线,分析了移行铰线随时间的变化规律,并给出移行铰线位置的解析表达式,由移行铰线在转向时刻的位置确定了板中心区产生塑性变形的范围。4、利用流固耦合算法对爆炸荷载作用下刚塑性固支方板的塑性动力响应进行了多组数值模拟,通过模拟再现了炸药爆炸后,冲击波的传播过程以及固支方板的应力应变的变化过程。通过数值模拟得到的固支方板等效应力变化情况与理论分析具有良好的一致性。5、从试验和数值模拟两个方面对中点挠度计算公式进行验证。分析表明,本文计算结果在前三种运动模式下与试验值和数值模拟值基本吻合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究现状及发展动态分析
• 1.2.1 薄板动力响应的实验研究
• 1.2.2 薄板动力响应的理论研究和数值模拟
• 1.3 研究内容
• 1.4 研究目标
• 1.5 拟解决的关键性问题
• 1.6 本论文特色与创新之处
• 第2章 移行铰理论及爆炸理论
• 2.1 移行铰理论
• 2.1.1 移行铰理论的引入
• 2.1.2 移行铰的特性
• 2.2 空中爆炸及其对板的作用
• 2.2.1 爆炸过程
• 2.2.2 冲击波的形成和传播
• 2.2.3 空气爆炸冲击波参数的经验公式
• 2.2.4 空气爆炸冲击波对板的作用
• 2.3 本章小结
• 第3章 刚塑性薄板的塑性动力响应
• 3.1 动力分析基础
• 3.1.1 基本假设
• 3.1.2 基本方程
• 3.2 刚塑性固支方板的力学模型
• 3.2.1 固支方板计算模型
• 3.2.2 受力分析
• 3.3 中载时刚塑性方板的动力响应
• 3.3.1 理论分析及运动模式分类
• 3.3.2 运动模式一方板挠度求解
• 3.3.3 运动模式二方板挠度求解
• 3.4 高载时刚塑性方板的动力响应
• 3.4.1 移行铰线的移动规律
• 3.4.2 运动模式分类
• 3.4.3 运动模式三方板的中点挠度
• 3.4.4 运动模式四方板的中点挠度
• 3.5 本章小结
• 第4章 爆炸荷载作用下固支方板模型的建立
• 4.1 LS-DYNA程序的分析能力和工程应用
• 4.2 材料及状态方程的描述
• 4.2.1 凝聚炸药的材料定义及状态方程
• 4.2.2 空气的材料定义及状态方程
• 4.2.3 钢板的材料定义
• 4.3 研究对象及有限元模型描述
• 4.3.1 研究对象描述
• 4.3.2 有限元模型描述
• 4.4 本章小结
• 第5章 固支方板塑性动力响应理论分析与对比
• 5.1 爆炸荷载验证
• 5.2 固支方板动态响应理论分析与数值模拟对比
• 5.2.1 爆炸荷载作用下固支方板等效应力分析
• 5.2.2 爆炸荷载作用下固支方板中点挠度分析
• 5.3 固支方板动态响应理论分析与实验对比
• 5.3.1 大当量爆炸实验
• 5.3.2 实验结果与理论分析结果对比及分析
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢