飛行器沖擊作用下凱威特型單層球面網(wǎng)殼動力響應(yīng)研究.pdf

1、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，作為大跨空間結(jié)構(gòu)的主要代表形式之一，常用于大型重要公共建筑，具有重要的政治、經(jīng)濟(jì)、文化意義。對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)抗震、抗風(fēng)的研究已比較成熟，但抗沖擊、抗爆炸的研究還處于初期階段。飛行器襲擊雖是偶然事件，但其對建筑物的損害、帶來的經(jīng)濟(jì)損失以及造成的社會負(fù)面影響不可忽視。目前網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)沖擊性能的研究多以數(shù)值分析為主、試驗(yàn)為輔。以往數(shù)值分析，主要基于ANSYS/LS-DYNA有限元分析軟件，為了簡化計(jì)算，網(wǎng)殼桿件多采用梁單元，材料模型選用適用于

2、梁單元的分段線性塑性材料模型。選用梁單元時，網(wǎng)殼球節(jié)點(diǎn)簡化為梁的交點(diǎn)，此種建模方法在溫度效應(yīng)不明顯的中低速沖擊作用下是可行的。而對于高速或超高速沖擊，尤其對導(dǎo)彈等飛行器的高速沖擊作用下，溫度效應(yīng)不可忽視，上述模型存在較大誤差。而為了得到?jīng)_擊作用下結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)的準(zhǔn)確描述，既要了解結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)變硬化特性，也要分析高應(yīng)變率、高溫、大應(yīng)變以及應(yīng)力狀態(tài)改變和加載歷史對結(jié)構(gòu)材料力學(xué)行為的影響[1]。因此本文提出S-J法建模方式，即網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)數(shù)值模型選

3、用考慮溫度效應(yīng)的Johnson-Cook材料模型和SHELL163單元。本文采用S-J法建立了考慮球節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)殼模型，對飛行器沖擊作用下網(wǎng)殼動力響應(yīng)展開研究，主要研究工作如下:
　　1.飛行器沖擊作用下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)數(shù)值分析方法研究
　　基于ANSYS/LS-DYNA有限元分析軟件，建立飛行器沖擊作用下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)數(shù)值模型，網(wǎng)殼桿件、球節(jié)點(diǎn)和屋面板選用SHELL163單元和Johnson-Cook材料模型，用落錘沖擊圓鋼管試驗(yàn)驗(yàn)證了用該

4、材料模型研究沖擊問題的適用性;確定了桿件與球節(jié)點(diǎn)的連接方式并比選了沖擊接觸的類型。
　　2.落錘沖擊作用下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)數(shù)值分析
　　采用S-J法分別建立了考慮屋面板和不考慮屋面板的網(wǎng)殼數(shù)值模型，在落錘彈性沖擊和破壞性沖擊作用下，對網(wǎng)殼的應(yīng)力峰值、沖擊持時和沖擊時間間隔等動力響應(yīng)進(jìn)行分析，并把數(shù)值分析結(jié)果與哈爾濱工業(yè)大學(xué)范峰、林莉等學(xué)者所做的落錘沖擊網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)試驗(yàn)結(jié)果和采用B-P法（材料模型選用分段線性塑性材料模型，單元類型

5、選用BEAM161）建立的網(wǎng)殼模型數(shù)值分析結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了S-J法數(shù)值建模的正確性和優(yōu)越性。
　　3.飛機(jī)撞擊作用下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)研究
　　基于S-J法建立了網(wǎng)殼數(shù)值模型，并建立了龐巴迪挑戰(zhàn)者850小型客機(jī)的數(shù)值模型。研究了飛機(jī)以120m/s速度水平?jīng)_擊作用下，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的球節(jié)點(diǎn)位移、沖擊區(qū)桿件應(yīng)力及能量變化等動力響應(yīng)特征。
　　4.導(dǎo)彈高速沖擊作用下網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)研究
　　分別基于S-J法和B-P法建立了