基于LS-DYNA的新型棚洞板耗能减震分析

论文摘要

我国西部山区是地质灾害多发的地区,由地震、滑坡、泥石流等地质灾害引发的山体崩塌、滚石抛落的灾害时常发生,造成的桥墩砸断、公路瘫痪事故日益突出,因而对滚石灾害进行防护研究有着非常重要的工程意义。棚洞板防护结构,凭借低廉的成本和较好的力学性能被广泛用于滚石灾害防护。Tonello I.C.Office在2001年提出了新型棚洞板耗能器结构-SDR （ Structurally Dissipating Rock-sheds）,它由钢筋混凝土板（不覆盖缓冲垫层）和支撑混凝土板的圆柱壳吸能支座组成。金属薄壁结构,凭借其价格低廉,良好的吸能性能和稳定性,在高速冲击碰撞中广泛被用作吸能构件。随着对圆柱壳的研究的成熟,学者们相继对方形、十字形等其他截面形式的薄壁结构以及层合圆柱壳,内填充泡沫等组合结构展开了研究。本文以显式有限元理论（Explicit FEM）为基础,基于大型显式有限元程序LS-DYNA,对圆柱壳在冲击载荷下的屈曲变形和吸能关系进行了研究,在此基础上,对滚石冲击下的SDR结构进行多工况的三维参数化数值研究。计算结果表明:1、相同长度、相同壁厚下,周长相等的十字形管和方形管的压溃力峰值大于方形内接圆形管;十字形管和方形管的压溃力平均值小于内接圆形管,相同质量下圆管吸能效果更好。2、圆柱壳的屈曲模式决定了其吸能特性,圆柱壳的长径比、径厚比对其屈曲模式有着很大的影响。此外,圆柱壳的能量吸收值与材料的屈服应力成正比。3、滚石正向冲击和斜向冲击中,当圆柱壳耗能器组数空间排布从四组增加至五组,混凝土板耗散的能量以及损伤程度均降低。4、增加圆柱壳耗能器的壁厚可以提升棚洞板结构的耗能减震效果,当四组圆柱壳耗能器的壁厚增加为8mm,五组圆柱壳耗能器的壁厚增加至7mm以后,再增加壁厚对耗能减震效果的提升不显著。5、双层圆柱壳结构的耗能器能够吸收更多的能量,内填充泡沫铝的圆柱壳在SDR结构中吸能作用不明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 国内外研究进展和现状
• 1.3 ANSYS/LS-DYNA软件简介
• 1.4 本文的主要工作
• 2 薄壁圆柱壳受轴向冲击载荷的屈曲变形和吸能的关系
• 2.1 有限元模型
• 2.2 圆柱壳轴向压缩的Alexander模型
• 2.3 圆柱壳轴向冲击仿真结果及分析
• 2.4 壁厚、长度、屈服应力对圆柱壳屈曲模态和吸能的影响
• 2.5 不同截面形状的薄壁结构屈曲变形和吸能
• 2.6 本章小结
• 3 耗能器为单层壳的SDR结构耗能减震研究
• 3.1 有限元模型
• 3.2 结果分析
• 3.3 本章小节
• 4 耗能器为双层壳、内填泡沫铝的SDR耗能减震研究
• 4.1 耗能器为双层壳有限元模型
• 4.2 耗能器为内填泡沫铝有限元模型
• 4.3 三种模型比较
• 4.4 本章小节
• 5 总结与展望
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献