冲击作用下加劲钢板的动力响应及破坏模式研究

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本研究旨在探讨加劲肋加固钢板在不同冲击载荷下的动力响应及破坏模式。钢板结构由于其强度高、性能好,在工业和各种基础设施中得到了广泛的应用。但同时,钢板结构在其使用期间可能受到碰撞冲击、爆炸等意外荷载的作用。冲击荷载作用下引起钢板结构损伤破坏。因此,研究钢板在冲击载荷作用下的动力响应和损伤破坏尤为重要。为此,采用有限元分析软件ABAQUS,建立了加劲和不加劲钢板模型。研究冲击荷载作用下钢板的动力响应和损伤破坏。研究工作的主要内容如下:(1)建立有效的有限元模型。考虑加劲肋不同的布置方式,采用ABAQUS建立了加劲和不加劲的四种钢板模型。采用精细化网格划分,考虑钢材的应变率效应,采用Johnson-Cook本构模型。通过控制人工拟应变能占总能量和内能的比例来保证有限元模拟结果的可靠性。(2)开展动态响应参数分析。选取了影响钢板动力响应的五个参数组合:冲击速度、冲击质量、冲击位置、加劲肋形状和边界条件。分析了各参数组合对钢板的位移、冲击力响应、动能和内能的影响。结果表明,冲击速度和冲击质量是影响钢板动态响应的主要因素。最大位移随冲击速度和冲击质量的增大而增大。在冲击质量为3吨时,最大位移随冲击速度而变化,模型1的最大位移为96 mm(5m/s)至240 mm(15m/s),模型2的最大位移为40 mm(5m/s)至109 mm(15m/s),模型3的最大位移为51 mm(5m/s)至148mm(15m/s),对于模型4,位移从5m/s的75mm到15m/s的218mm。与其它板模型相比,未加劲板变形迅速,15m/s时最大变形为140mm。当冲击质量相同时,钢板的变形量随冲击速度的增大而增大。(3)研究损伤破坏判断方法。对冲击作用下钢板的变形进行分析,钢板的损伤主要集中在冲击点,以钢板与冲击块的相互作用点为主。将钢板在不同冲击参数组合下的损伤程度分为三种冲击损伤模式。基于最大位移准则,给出了钢板中心位移与计算跨度之比的范围作为判断依据。
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