組合板結(jié)構(gòu)的耐沖擊性能研究.pdf

1、沖擊荷載是現(xiàn)代結(jié)構(gòu)體系的重要荷載，結(jié)構(gòu)在沖擊荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)與其在靜力荷載作用下的響應(yīng)表現(xiàn)出很大的不同。這些沖擊荷載一般強(qiáng)度很大，沖擊作用時(shí)間很短，通常以毫秒、微秒甚至納秒來計(jì)，而在如此短的時(shí)間里，結(jié)構(gòu)要經(jīng)歷施加高強(qiáng)度荷載，并產(chǎn)生極高的壓力或者應(yīng)力，最終引起結(jié)構(gòu)的介質(zhì)運(yùn)動(dòng)、材料破壞以及整個(gè)結(jié)構(gòu)破壞等一系列隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程。可見，沖擊問題相當(dāng)復(fù)雜，其涉及的學(xué)科領(lǐng)域也比較廣泛。 沖擊問題的研究方法主要包括經(jīng)驗(yàn)公式方法、理

2、論分析法和數(shù)值計(jì)算法。經(jīng)驗(yàn)公式是通過大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合而成，需要多次實(shí)驗(yàn)，耗資較大，而且實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有很大的離散性，同時(shí)不同的公式有不同的適用范圍和局限性，且計(jì)算結(jié)果也存在一定的差別。目前，各國的防護(hù)結(jié)構(gòu)規(guī)范設(shè)計(jì)手冊還是使用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行判斷評估。我國防護(hù)規(guī)范也是如此。理論分析方法需要對材料性質(zhì)及力學(xué)過程進(jìn)行必要的簡化，過多的簡化可能導(dǎo)致較大的誤差，甚至產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果。而且，理論分析方法很難得到完整解。隨著ANSYS等大型計(jì)算軟件的發(fā)展，數(shù)

3、值方法逐漸成為研究沖擊問題的主導(dǎo)方法，其對工程構(gòu)件、工程結(jié)構(gòu)的性能評價(jià)以及優(yōu)化設(shè)計(jì)等也非常適用。 組合層板結(jié)構(gòu)是一種廣泛應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域的新型結(jié)構(gòu)形式，對該類結(jié)構(gòu)的耐沖擊性能的研究具有比較重要的意義。本文運(yùn)用應(yīng)力波的傳播和結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)力學(xué)響應(yīng)基礎(chǔ)知識，對民用工程的建造和加固工程中廣泛使用的鋼板-混凝土板和艦船列車設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的高速列車前擋風(fēng)玻璃兩種不同的組合層板結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐沖擊性能研究。 文中首先針對在國防與民用工程的建造

4、和加固工程中廣泛應(yīng)用的鋼板-混凝土板組合板結(jié)構(gòu)，建立合理的的數(shù)值計(jì)算模型，利用應(yīng)力波的知識，將組合板結(jié)構(gòu)的沖擊過程分為初始接觸階段、鋼板變形階段和沖擊結(jié)束三個(gè)階段，對沖擊荷載下的組合板結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)過程進(jìn)行了分析，并給出了組合板的不同破壞模式。在此基礎(chǔ)上，本文又計(jì)算了不同的沖擊速度、沖擊角度和鋼板厚度等沖擊響應(yīng)參數(shù)的影響，具體分析研究了鋼板-混凝土板組合層板的耐沖擊性能，并給出合理的工程建議。通過與前人結(jié)果的對比，證實(shí)了本模型的正確性和

5、工程適用性。 接著，文中以沖擊問題在高速列車設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用為背景，針對當(dāng)前國內(nèi)新興的高速列車遇到的石擊前擋風(fēng)玻璃問題，計(jì)算了列車前擋風(fēng)玻璃結(jié)構(gòu)在球形石塊作用下的動(dòng)力響應(yīng)過程。文章用多個(gè)積分點(diǎn)的單層殼單元來模擬帶有PVB層的擋風(fēng)玻璃結(jié)構(gòu)，通過任意拉格朗日方法對擋風(fēng)玻璃結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析。在當(dāng)前國內(nèi)最高列車速度下，列車的前擋風(fēng)玻璃在石擊作用下，可能會發(fā)生網(wǎng)狀裂紋、星狀裂紋和塑性變形破壞，但是，玻璃碎片仍會粘結(jié)在PVB上，對司機(jī)造