[发明专利]一种冲击荷载下单层柱面网壳的数值模拟与失效模式判别方法

权利要求书

1.一种冲击荷载下单层柱面网壳的数值模拟与失效模式判别方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：建立有限元分析模型；

S2：通过对冲击方向、冲击角度、冲击物质量和速度进行改变，确定在不同冲击参数下的结构变形及杆件破坏情况；

S3：根据结构在不同参数下的数值模拟结果，提取结构的特征响应指标；

S4：分析结构的特征响应指标并根据结构的变形特点和杆件破坏情况确定其失效模式。

2.如权利要求1所述的冲击荷载下单层柱面网壳的数值模拟与失效模式判别方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括如下步骤：

步骤S11：采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立单层柱面网壳模型和正方体冲击物模型；

步骤S12：网壳杆件模型采用BEAM161单元，冲击物模型采用SOLID164单元，杆件材料模型采用专门适用于钢材的考虑应变率影响的分段线性塑性模型，冲击物体的模型选用刚性体模型；

步骤S13：对结构长度边节点支座进行约束，约束支座处节点的所有位移自由度与转向自由度。

3.如权利要求1所述的冲击荷载下单层柱面网壳的数值模拟与失效模式判别方法，其特征在于，所述步骤2具体包括如下步骤：

冲击点选择柱面网壳横纵向的跨中位置，冲击方向选取沿网壳长度方向冲击和跨度方向冲击，冲击角度选择竖向0°，以及由竖向向长度方向和跨度方向偏转15°、30°、45°、60°和75°，冲击物的速度选择5m/s、10m/s、20m/s、50m/s、100m/s和200m/s，冲击物的质量选择1×103kg、5×103kg、1×104kg、2×104kg、5×104kg和1×105kg，共进行396次数值模拟分析，并确定其结构变形情况和杆件破坏情况。

4.如权利要求1所述的冲击荷载下单层柱面网壳的数值模拟与失效模式判别方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括如下步骤：

步骤S31：运用LS-PrePost后处理软件，提取受冲击点及横纵向跨中主肋节点的位移；

步骤S32：运用LS-PrePost后处理软件，提取冲击物的能量；

步骤S33：运用LS-PrePost后处理软件，提取破坏杆件及横纵向跨中主肋杆件的应力。

5.如权利要求1所述的冲击荷载下单层柱面网壳的数值模拟与失效模式判别方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括如下步骤：

步骤S41：当结构受冲击结束稳定时，其受冲击节点竖向位移大于跨度的1/400时，即认为结构失效；若此时纵向1/4跨的跨中节点竖向位移小于跨度的1/400且杆件未发生破坏，此时的失效模式为结构局部杆件变形；

步骤S42：当结构受冲击结束稳定时，受冲击节点竖向位移大于跨度的1/400时，若此时纵向1/4跨的跨中节点竖向位移小于跨度的1/400且有杆件破坏，此时的失效模式为结构局部杆件变形且破坏；

步骤S43：当结构受冲击结束稳定时，纵向1/4跨的跨中节点竖向位移大于跨度的1/400，与支座相邻跨的跨中节点位移小于跨度的1/400且无杆件破坏，此时的失效模式为结构局部凹陷；

步骤S44：当结构受冲击结束稳定时，纵向1/4跨的跨中节点竖向位移大于跨度的1/400，与支座相邻跨的跨中节点位移小于跨度的1/400且有杆件破坏，此时的失效模式为结构局部凹陷且杆件破坏；

步骤S45：当结构受冲击结束稳定时，结构所有节点的竖向位移均大于跨度的1/400且无杆件破坏时，此时的失效模式为结构整体倒塌；

步骤S46：当结构受冲击结束稳定时，结构所有节点的竖向位移均大于跨度的1/400且有杆件破坏时，此时的失效模式为结构整体倒塌且杆件破坏；

步骤S47：当结构受冲击结束稳定时，仅受冲击节点和杆件被破坏，其他节点的竖向位移均小于跨度的1/400，此时的失效模式为结构冲切破坏。

6.如权利要求2所述的冲击荷载下单层柱面网壳的数值模拟与失效模式判别方法，其特征在于，所述步骤S12具体为：

钢杆件材中考虑应变率影响的分段线性塑性模型，应变率与屈服应力的关系：

公式中：σ_Y为材料的实际屈服应力；σ₀为材料常应变率的屈服应力；为有效应变率；C和P为应变率参数；为基于有效塑性应变的硬化函数。