基于離散單元法的桿系結(jié)構(gòu)沖擊破壞數(shù)值模擬研究.pdf

1、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在沖擊荷載下破壞往往涉及到大變形、斷裂、碰撞等問(wèn)題。采用隱式有限元方法，當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入倒塌階段后，所帶來(lái)的“負(fù)剛度”問(wèn)題，會(huì)引起剛度矩陣奇異，使計(jì)算難以描述后續(xù)倒塌過(guò)程。顯式有限元方法基于網(wǎng)格的單元?jiǎng)澐旨夹g(shù)難以處理網(wǎng)格嚴(yán)重變形后的情況。同時(shí)由于有限單元法必須滿足變形協(xié)調(diào)方程，使得有限單元法在考慮結(jié)構(gòu)倒塌時(shí)構(gòu)件大變形、斷裂、碰撞等問(wèn)題有一定難度。因此對(duì)于倒塌全過(guò)程的描述，利用有限元方法進(jìn)行模擬就比較困難。
　　離散單元法的基本原

2、理是將模擬對(duì)象劃分為若干個(gè)剛性單元。單元間接觸力的傳遞通過(guò)力—位移準(zhǔn)則決定。單元的運(yùn)動(dòng)根據(jù)牛頓第二定律決定。與有限元方法不同的是，運(yùn)用離散元方法進(jìn)行模擬分析時(shí)，模型計(jì)算過(guò)程中不必滿足位移連續(xù)條件和變形協(xié)調(diào)條件，允許單元之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)和碰撞，適合于處理大變形、斷裂、碰撞等問(wèn)題。但是傳統(tǒng)離散單元法多應(yīng)用于巖土工程領(lǐng)域，采用試測(cè)法標(biāo)定參數(shù)，精度不夠。因此需要對(duì)傳統(tǒng)離散單元法進(jìn)行改進(jìn)，從而將其應(yīng)用到網(wǎng)殼沖擊破壞問(wèn)題模擬中，以充分發(fā)揮離散單元的

3、優(yōu)勢(shì)。
　　本文基于離散元軟件PFC3D中的基本接觸模型，通過(guò)能量定律，給出了適用于桿系結(jié)構(gòu)的接觸剛度系數(shù)等參數(shù)的計(jì)算公式。利用該方法模擬了懸臂梁的大變形問(wèn)題，驗(yàn)證了該方法的可行性。針對(duì)PFC3D中假定接觸達(dá)到一定強(qiáng)度后直接斷裂而不能考慮材料彈塑性的問(wèn)題，本文將分層梁理論引入到離散單元法中，給出了塑性判斷準(zhǔn)則以及接觸進(jìn)入塑性后剛度系數(shù)的計(jì)算方法，從而可以利用PFC3D解決桿系結(jié)構(gòu)的彈塑性問(wèn)題。通過(guò)定義離散單元法基于應(yīng)變的斷裂準(zhǔn)則，