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冲击荷载下短程线型和肋环斜杆型球面网壳的失效模式

田永红  
【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。


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