[发明专利]一种金属环形网冲击力计算的薄膜等效模拟方法

权利要求书

1.一种金属环形网冲击力计算的薄膜等效模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，根据质量一致原则确定等效薄膜(2)的平面尺寸及厚度；

步骤二，根据金属环形网(1)规格确定等效薄膜的材料力学参数；

步骤三，采用壳单元建立等效薄膜(2)有限元模型；

步骤四，确定冲击块与等效薄膜(2)的接触参数，赋予冲击块(3)初速度并进行动力非线性计算；

步骤五，判断等效薄膜(2)及其他构件是否达到承载能力极限；

在步骤一中，等效薄膜(2)的平面尺寸与金属环形网(1)的平面尺寸保持一致，等效薄膜(2)厚度t根据薄膜与网片质量一致原则确定，由下式计算：

式中m_n是规格为n圈的金属环形网(1)每平米的质量，ρ为钢材的密度；在步骤二中，等效薄膜(2)材料的力学参数包括弹性模量E、泊松比ν、应力-应变曲线σ-ε、屈服应力σ_y和失效应变ε_f，其中泊松比ν＝0.3，屈服应力σ_y＝0MPa，弹性模量E(Mpa)和失效应变ε_f的计算公式如下：

E＝-99.5n+11911

ε_f＝0.0006n²-0.0187n+0.3286

等效薄膜(2)的应力应变曲线计算公式如下：

σ＝M(e^N·ε-1)

M＝0.1124+(n-5)×0.105

N＝31.85-(n-5)×0.139

式中σ、ε为薄膜的应力及应变，M、N为只与金属环形网(1)圈数n相关的量，e为自然常数；

在步骤四中，等效薄膜(2)和冲击块(3)的接触采用罚函数和库伦摩擦模型的面-面接触，摩擦系数0.3～0.4，需设置冲击块(3)为主面，薄膜为从面。

2.根据权利要求1所述的一种金属环形网冲击力计算的薄膜等效模拟方法，其特征在于，在步骤三中，有限元模型的建立过程中薄膜采用高效的Belytschko-Lin-Tsay单点积分壳单元，薄膜的几何尺寸根据已明确的平面尺寸及厚度确定，壳单元网格尺寸取值范围在薄膜短边长的1/100～1/50；采用索单元建立钢丝绳(4)并定义薄膜与钢丝绳间的柔性可滑移边界，采用梁单元建立钢柱(5)并对柱脚设置铰接约束，采用实体单元建立冲击块(3)。

3.根据权利要求1所述的一种金属环形网冲击力计算的薄膜等效模拟方法，其特征在于，在步骤四中，根据设计冲击动能E＝mv²/2，赋予质量为m的冲击块(3)初速度v，并进行动力非线性计算求解。

4.根据权利要求1或2所述的一种金属环形网冲击力计算的薄膜等效模拟方法，其特征在于，在步骤五中，根据薄膜进行动力非线性求解后得到的最大应变值判断薄膜是否失效，以此判断金属环形网(1)是否失效，若最大应变值小于失效应变ε_f，则金属环形网未发生破坏；若最大应变值大于或等于失效应变ε_f，则金属环形网(1)发生破坏。

5.根据权利要求1或2所述的一种金属环形网冲击力计算的薄膜等效模拟方法，其特征在于，在步骤五中，所述其他构件包括钢丝绳(4)和钢柱(5)，钢丝绳(4)和钢柱(5)根据钢结构常规的失效判别依据进行失效判断。

6.根据权利要求1或2所述的一种金属环形网冲击力计算的薄膜等效模拟方法，其特征在于，该方法的计算结果还能够获取冲击块对金属环形网(1)的冲击力和冲击位移、钢丝绳拉力、钢柱内力的冲击动力响应。