基于LS-DYNA的大空间柱壳结构爆炸波压力场分析

基于ANSYS/LS-DYNA,在验证模型及参数选取正确及可靠的基础上,建立了大空间柱壳结构在爆炸作用下的冲击波压力场计算模型。引入本征正交分解(POD)法,解决了冲击波荷载的时空差异性和结构表面压力场分布问题,大大减少了大空间结构爆炸动力响应分析的计算量。对大空间柱壳结构在爆炸冲击荷载作用下的压力场进行了数值模拟计算与分析,研究了跨度和矢跨比等因素对结构压力场分布的影响。结果表明,计算模型适用于大空间柱壳结构在爆炸作用下的动力响应计算。

水下爆炸载荷作用下加筋圆柱壳结构弹塑性动力响应研究

以加筋圆柱壳模型为分析对象,应用MSC-DYTRAN非线性瞬态有限元分析软件建立水下爆炸载荷作用下流固耦合数值分析模型,对冲击因子为1.1的典型试验工况进行数值模拟,分析了加筋圆柱壳在爆炸载荷作用下的破坏机理,并将数值计算结果与试验结果进行对比,验证了数值模拟方法的正确性和有效性,进一步通过大量数值试验,分析了爆炸攻角、模型浸深对加筋圆柱壳弹塑性响应的影响,最后对气泡脉动载荷的二次毁伤效应进行了探讨。数值结果表明:同等当量炸药在相同爆距、相同浸深下,90°攻角总是最危险的爆炸角度,0°攻角与其他攻角相比,毁伤效果总是最小;模型浸深对结构的响应影响显著,模型浸深愈深,毁伤程度愈严重;当考虑气泡脉动载荷后,对于结构具有二次破坏作用,在相同药量相同爆距下、不同浸深下的二次破坏效果并不相同,呈现出浸深愈大,二次破坏效果愈显著的现象。

柱壳结构体系的损伤诊断

由于对柱壳结构的损伤部位和程度进行诊断是确保柱壳结构安全可靠的重要保证,采用振动理论对柱壳结构体系进行损伤分析,利用同阶特征对比值变化量和应变模态差作为损伤诊断因子。数值模拟计算结果表明,这两个变量作为损伤诊断因子,能够凸现柱壳结构的损伤部位及损伤程度大小;运用这两个变量诊断非贯穿性小损伤,能够很好地显现损伤部位和损伤程度;计算结果也表明,柱壳结构对损伤部位较为敏感,腰部损伤比顶部损伤对柱壳结构的影响大。

大空间柱壳结构爆炸动力响应的Ritz-POD数值模拟

应用ANSYS/LS-DYNA建立大空间柱壳结构在内爆炸荷载作用下的数值模拟实验,在验证模型及参数选取的正确性及可靠性的基础上,建立了大空间柱壳结构在内爆炸作用下进行动力响应计算的合适模型。将Ritz振型叠加法与POD法结合,解决了冲击波荷载的时空差异性和结构表面压力场分布问题,大大减少了大空间结构爆炸动力响应分析的计算量。对大空间柱面网壳结构在内爆炸冲击荷载作用下的动力响应进行了数值模拟计算与分析,研究了矢跨比和爆炸点位置等因素对结构动力响应的影响。结果表明,计算模型适合于大空间柱壳结构的爆炸动力响应分析,矢跨比大的结构防(抗)爆炸冲击波的能力较强。偏心爆炸比中心爆炸对大空间结构构件的损害大,对结构的边跨构件最为不利,设计中应更注重支座附近和边跨结构的防爆能力。

柱壳结构损伤识别方法

对柱壳结构损伤前后动力特性进行了分析,采用摄动法推导由于单元损伤引起的各阶模态振型改变系数;推导模态应变能变化与单元损伤之间的关系;采用单元模态应变能的变化率作为柱壳结构损伤诊断的标识量,证明了单元模态应变变化率对损伤的敏感性。所提出的方法仅需要量测的低阶模态信息和刚度矩阵就能完成结构的损伤识别,并以一混凝土柱壳结构为工程实例,对其在不同损伤情况下的损伤进行分析,结果表明,所提出的损伤识别方法能够很好地识别不同损伤组合下的损伤部位和程度,同时能较好地识别结构小损伤。因此,所提出的损伤识别方法是正确和有效的。

噪声载荷作用下薄壁柱壳结构的随机振动响应的估算方法

给出了噪声载荷作用下薄壁柱壳结构随机振动加速度响应功率谱密度的计算公式和计算方法,并与实际测量获得的加速度响应功率谱密度进行了比较,计算的功率谱与实测的功率谱具有较好的一致性,说明这种估算噪声载荷作用下薄壁柱壳结构随机振动加速度响应功率谱密度的方法是合理可行的。用同样方法导出的Von Mises应力响应的功率谱密度及其均方值的计算公式,可直接用于疲劳强度分析。

螺栓连接球柱壳结构撞击行为的数值分析

为对螺栓数目和预紧力大小设计提供指导,对螺栓连接球柱壳结构抗撞击性能进行数值分析.数值分析时采用动力松弛法确定螺栓连接球柱壳结构的静态初始变形和初始应力,再通过动力分析获取结构在撞击载荷下的响应.计算得到的法兰面上的接触压力历程描述存在预紧的球壳和柱壳的接触运动,这种相对运动可引起螺栓预紧力的变化.测试点的应变响应描述了应力波的传播过程,反映了弹靶接触面和法兰接触面的压力变化.结果表明了螺栓连接球柱壳结构撞击行为数值分析方法的合理性.

热-力联合作用下柱壳结构变形的计算分析

本文研究了激光连续加热和恒内压作用下柱壳结构的变形规律。以4340钢材料作为研究对象,其本构方程选用热粘塑性本构模型(Johnson-Cook模型);选取某一应变率为临界值(本文中临界应变率取为1s^(-1))。考察了激光功率密度、预载荷大小、激光作用时间等对结构变形规律的影响。主要结论有:结构失稳是导致激光辐照下充内压柱壳破坏的重要原因;激光功率密度和内压越高,结构破坏时间越短;根据辐照时间的长短,预测到了结构急速破坏、延迟破坏和不破坏三种模式。本工作对于深入认识激光作用下预载结构的热-力联合破坏有一定意义。

柱壳结构外压稳定性分析的柱壳有限条元法

圆柱壳结构在各种工程建设中是一种广泛采用的结构形式 .而柱壳结构在外压作用下往往发生失稳屈曲破坏 ,在经济上造成极大的损失 .对于这类问题的分析 ,如果采用一般有限元法 ,无论在壳体几何形状模拟 ,还是失稳位形描述都将遇到难以克服的困难 .提出的半解析柱壳有限条元法 ,保证了壳体离散时几何形状表示上与实际结构相一致 ,并且具有失稳位形描述简单、计算自由度少、精度高。

加劲柱壳结构外压屈曲问题的柱壳有限条元法

半解析柱壳有限条元法由于采用了解析函数与离散多项式函数相结合的位移模式,不但减少了自由度,提高了计算精度,还能方便地处理各种复杂的结构及其不同的连接方式。考虑加劲环被嵌固的影响,采用该方法对加劲柱壳结构外压作用下的失稳屈曲问题进行了分析研究,并通过算例得出加劲柱壳结构外压失稳的欧拉曲线,验证了半解析柱壳有限条元法的正确性与合理性。

爆炸作用下薄壁柱壳结构动力响应实验研究

为获得薄壁圆柱壳结构在可燃气体爆炸作用下的动力响应特性,该文进行了乙炔/空气混合气体爆炸冲击波对缩比薄壁柱壳模型的冲击实验,测得模型壁面的超压荷载、动态应变和振动加速度时程曲线。通过对时程曲线的变化特征分析,研究了爆炸荷载作用下薄壁柱壳结构的响应特性及其破坏机理。实验结果表明,在爆炸荷载作用下,正反射迎爆区域壁面超压和应变峰值始终最高;柱壳模型抵抗变形破坏的能力与其径高比D/H有关,径高比接近1的模型抵抗变形破坏的能力较强;柱壳模型内部液体能够吸收和耗散爆炸冲击能量。

基于Kriging代理模型的加筋柱壳结构优化

基于Kriging代理模型,研究了加筋柱壳型飞行器舱体结构形状和尺寸优化方法。对加筋柱壳结构建立了三维参数化模型,参数化设计变量包括纵向加强筋数量、尺寸和环向加强筋的位置、尺寸,利用试验设计法选取设计变量采样点,使用有限元静力分析和线性屈曲分析得到采样点的应力、变形、屈曲强度因子等响应值,依据设计变量和响应建立Kriging代理模型,使用优化算法对代理模型进行寻优,获得最优设计结果。整个优化过程在Workbench平台中实现,最优结构比初始模型重量减少了11.91%。加筋柱壳结构优化结果分析表明,所使用优化方法优化效果明显、工作流程清晰、优化效率高,具有较大的工程应用价值。

温度附加压力下筒仓柱壳结构温度效应分析研究

温度作用会在筒仓上产生显著的热-结构响应,而分析温度作用所产生的效应不能只关注温度对筒仓圆柱壳体的影响,应该考虑壳体-储料间相互耦合作用后结构的温度效应。本文对一贮存氧化铝粉末的落地式平底钢筒仓在储料荷载和温度作用下的热-结构响应进行研究,主要探究温度附加压力在圆柱壳上所产生的温度效应。首先仓壁附加压力采用经典解析方法、有限元数值方法和改进温度附加压力计算方法进行分析,并对比这三种方法所得出侧压力大小及分布;然后通过数值分析的结果,研究不同温度附加压力方法所产生的温度效应,并与不考虑温度附加压力时筒仓的应力进行对比;最后得出温度附加压力对筒仓结构产生的影响,为实际工程中考虑附加压力的温度效应提供依据。

含初应力复合材料柱壳结构的双稳态特性

为分析初应力对复合材料圆柱壳结构双稳态特性的影响,采用经典板壳理论建立复合材料圆柱壳力学模型,基于层合结构本构关系推导用双参数表达的系统应变能公式;根据最小势能原理得到双稳态产生的条件和稳态时的曲率表达式。利用Abaqus软件构建圆柱壳的有限元模型,通过附加边界弯矩对柱壳稳态跃迁过程进行模拟。理论计算结果与有限元结果的对比验证理论模型的正确性。分析结果表明:当初应力满足一定条件时,复合材料柱壳结构在其变形过程中有2个稳定平衡位置,并且在稳定平衡位置结构都不产生扭转变形;2个稳定平衡位置的曲率方向可以相同或相反,这与无初应力时反对称复合材料柱壳双稳态曲率方向只能相同的情况有区别。

钢筋混凝土柱壳结构振动模态试验研究

本文根据频响分析原理，用实验模态分析方法，对钢筋混凝土柱壳结构进行莫大记测试与分析，得出该结构各阶振动频率，振型及阻尼，同时，用动力有限元法对该结构模态进行了数值计算，两种方法得到的频率与振型具有较好的一致性。

基于二次二阶矩法的柱壳结构分析

由针对船舶与海洋工程领域较为常用的一柱壳结构进行可靠性分析,分析中采用可靠性的二次二阶矩法,在建立失效模式后分别采用二次二阶矩法、中心点法和验算点法进行对比分析,验证可靠性方法在柱壳结构可靠性分析计算中的精度问题。

层状柱壳结构不稳定性实验的数值模拟

当重力或与加速度反向的质量力由重流体指向轻流体时，在扰动界面发生Rayleigh-Taylor（RT）界面不稳定性，当扰动界面受到冲击加速时，则发生Richtmyer-Meshkov（RM）界面不稳定性。初级内爆过程中，界面的加速度不断变化，每一个界面几乎都存在RT不稳定性，而且每一个界面的加速首先都是由冲击波压缩引起的，因此也都存在RM不稳定性，界面不稳定性在初级内爆过程中几乎是不可避免的。

柱壳结构非线性稳定性分析

以薄壁柱壳为例,根据能量原理推导其线性屈曲荷载,并采用折减的方法近似地得出壳体非线性屈曲荷载的公式,最后采用有限元程序对公式进行验证,分析结果表明公式的正确性。

特厚煤层坚硬覆岩柱壳结构特征模型及应用

以大同矿区同忻煤矿石炭系坚硬覆岩特厚煤层开采为工程背景,基于关键层理论分析了同忻矿3-5#煤层特厚煤层综放开采坚硬覆岩的破断特征和采场覆岩结构特征;应用弹性板理论,建立了大空间采场坚硬覆岩柱壳结构力学模型和数学模型.研究表明:坚硬覆岩柱壳结构模型,较好地揭示了同忻矿8105,8106等工作面开采过程中产生大小周期来压、采动影响范围大、易产生冲击载荷等特殊矿压现象的机理.

基于虚拟样本的双层圆柱壳体结构噪声源识别研究

虚拟样本是解决小样本条件下模式识别问题的有效手段。在总结前人研究成果的基础上给出了虚拟样本的定义,利用VC维理论分析了虚拟样本的作用。针对双层圆柱壳体结构噪声源识别这一实际问题,提出了两种分别基于频响函数和傅里叶变换的虚拟样本生成算法。试验结果表明两种算法均能有效提高噪声源识别正确率。