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冲击荷载下缺陷加筋板结构的有限元动力分析

李情  
【摘要】:随着现代工业技术的不断发展,工程结构也越来越向薄型化和轻型化方向发展,同时高强度及复合式材料在工程中的广泛应用,使得加筋板结构得到了大量的使用。加筋板结构既能够减轻结构的重量,同时又能保证结构的可靠性和耐久性,从而提高结构的使用效率和经济性,因而在船舶、桥梁和航空航天等工程领域中得到广泛应用。 虽然加筋板结构的使用能带来很多的优势,但是由于加强筋的引入会使结构产生不连续性和各向异性,同时板内不可避免的存在着不确定的初始缺陷。多数的工程结构在使用的过程中受到动力荷载的作用,结构的非线性动态响应对这些初始缺陷是非常敏感,受到冲击荷载作用下将发生动力破坏,导致总体承载能力下降甚至完全丧失。因此,对具有初始缺陷的加筋板结构的冲击动力响应及动力屈曲问题进行深入研究是十分必要的。 大量的仿真分析表明:只要合理地模拟结构的边界条件、受载方式、材料的非线性性能,采用合理的单元类型和网格尺度,并综合考虑冲击动力学分析的各种因素,仿真模拟能够获得较为准确的结果。本论文利用有限元分析软件ANSYS/LS-DANA对加筋板结构进行冲击动力学有限元仿真研究,首先基于离散加筋板模型,考虑大变形并忽略阻尼的影响,分析了不同的冲击荷载形式对加筋板动力响应的影响,着重讨论了不同冲击速度、加强筋数目和形式不同对无初始缺陷的加筋板动力响应的影响。接着考虑到加筋板结构可能存在的缺陷,从宏观的角度出发对含有中心穿透裂纹缺陷的板和加筋板在冲击载荷作用下的结构强度以及裂纹扩展的有限元模拟。讨论了几何模型的建立方法和材料模型的选取,然后经过大量的有限元结果分析了各种参数,如冲击速度,加强筋数目和形式等对裂纹板壳强度的影响,并针对裂纹扩展行为,试探性的总结了一些的加筋板动力响应规律。


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