[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

说明书

本发明公开了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，包括建立有限元分析模型；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；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；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。本发明的数值模拟中冲击荷载的随机性更考虑现实因素，能够较为全面的模拟单层柱面网壳发生冲击时的各种情形，并且根据结构所产生的动力响应和结构变形特点确定结构产生的所有失效模式并进行划分，为后续单层柱面网壳结构的设计提供更为准确的参考依据。

技术领域

本发明属于空间结构抗冲击的技术领域，尤其涉及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。

背景技术

近年来，科学技术发展迅速，社会经济一片繁荣，人们对于建筑物的要求已经不仅仅是满足居住这么简单，要求建筑物向着更高，更美观，更大跨度的方向发展，出现了许多超高层以及超大跨度的大型标志性建筑。网壳结构因其造型美观和内置空间大得到了大众的认可，它作为大跨度空间结构的主要结构形式之一，因为具有刚度大，自重轻，受力合理，稳定性高，结构变形小等特点，广泛地应用在车站候车厅，体育场馆，展览馆等大型公共建筑中。近些年随着国际形势的复杂多变以及自然环境的破坏，自然灾害以及人为因素都有可能会对建筑物的正常使用产生影响，甚至使其产生破坏。并且随着社会的现代化，汽车撞击、施工失误、以及化学品爆炸等冲击现象在我们日常生活中屡见不鲜。建筑物也很有可能会受到此类现象的波及而产生破坏甚至倒塌，一旦倒塌发生，会对周围人们的生命安全造成巨大威胁，还会造成巨额的财产损失，对社会经济发展造成负面影响。

目前国内外对结构构件抗冲击性能以及整体结构抗冲击的研究都取得了较为丰硕的成果，其中对大跨度空间网壳结构的抗冲击研究也越来越广泛，但目前对网壳结构偶然荷载作用下动力反应的研究还远远不够，缺少动力荷载作用下结构整体失效的判别方法和准则以及失效机理的研究，对失效荷载的评定和实际使用有较大的偏差；对动力失稳的理论研究与试验研究也还不够系统。目前对大跨度空间网壳的抗冲击研究大都集中在单层球面网壳，对单层柱面网壳的研究较少，尤其是考虑冲击荷载的偶然性，冲击方向和冲击角度对单层柱面网壳的失效都会产生影响。

单层柱面网壳在结构上与球面网壳有一定区别，柱面网壳存在横向和纵向，在考虑实际冲击时往往带有一定角度，并且冲击方向也会带来影响，因此在考虑现实情况下，建立一种单层柱面网壳的冲击模拟与失效判别方法尤为重要。

发明内容

基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供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，根据结构所产生的动力响应和结构变形特点确定结构产生的所有失效模式并进行划分，为后续单层柱面网壳结构的设计提供更为准确的参考依据。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：

本发明提供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，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。

进一步的，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；