网壳结构冲击响应及失效机理精细化研究

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1、博士学位论文↑（宋体小1号字加粗）网壳结构冲击响应及失效机理精细化研究（黑体2号字）REFINEDSTUDYONIMPACTRESPONSEANDFAILUREOFRETICULATEDSHELLS↑（TimesNewRoman2号字加粗，题目太长时可用小2号字）林莉↑（宋体小2号字加粗）哈尔滨工业大学←（楷体小2号字加粗）2015年3月←（年、月用阿拉伯数字，宋体、TimesNewRoman小2号字加粗）国内图书分类号：TU393.3学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开↑↑（宋体小4号字）（宋体小4号字）工学博士学位论文↑（宋体小2

2、号字加粗）网壳结构冲击响应及失效机理精细化研究↑（黑体2号字）博士研究生：林莉导师：沈世钊教授副导师：范峰教授申请学位：工学博士学科：结构工程所在单位：土木工程学院答辩日期：2015年3月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU393.3（TimesNewRoman小4字）U.D.C:624（TimesNewRoman小4字）DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineering↑（TimesNewRoman小2号字）REFINEDSTUDYONIMPACTRESPONSEANDFAILUR

3、EOFRETICULATEDSHELLSCandidate：LinLiSupervisor：Prof.ShenShizhaoAssociateSupervisor：Prof.FanFengAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：StructuralEngineeringAffiliation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefence：March,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofT

4、echnology（TimesNewRoman4号字）摘要摘要空间结构多为某一区域的标志性建筑，政治、经济意义较突出，网壳结构是其最具代表性的形式之一，因其可灵活地覆盖较大空间且自重较轻的特点而广泛应用。冲击作用虽是一种偶然荷载，但由于战争及恐怖袭击、飞行器发生故障从空中坠落、施工失误引起高空坠物等原因，近些年来建筑工程的冲击破坏事故不断出现。特别是9•11恐怖袭击事件的严重后果，让学者们更加关注冲击作用对于建筑结构的影响。二十世纪八十年代一轻型飞机迫降坠入平面尺寸[1]为260米屋面结构型式为的网架的巴西圣保罗展览中心，说明飞行器撞击大跨度空间结构

5、的可能,使此类研究更具有现实性、艰巨性和紧要性。但国内外建筑结构抗冲击研究相对滞后，网壳结构在冲击作用下材料的动态本构关系、动力响应的分析方法、冲击失效模式及机理、对飞行器冲击网壳的研究等诸多问题需要研究和解决。由于网壳结构大跨空间建筑不少是具有重要政治与经济意义的标志性建筑或重大工程,这些问题的研究不仅有着迫切的需要，而且有着广泛的研究前景和实际意义。鉴于上述原因，本文首先通过试验、数值分析等手段，给出网壳结构常用的Q235B钢动态本构和失效模型，接着基于Taylor撞击试验对两种材料模型进行对比研究，证明了本文得到的修正后的J-C模型对高应变率下

6、的变形和断裂问题的预测能力；并基于动量和能量守恒对弹性冲击碰撞问题进行定性研究，得到冲击物弹塑性、尺寸及网壳屋面板等因素在数值模型中应予以考虑的结论。在此基础上建立用于研究网壳冲击动力响应的考虑冲击物尺寸及网壳屋面板等因素的数值模型，用此精细化数值模型通过大规模参数分析对冲击荷载下带屋面板网壳结构动力响应进行系统研究，给出了其失效模式并总结其冲击失效规律；通过对带屋面板和不带屋面板两个网壳结构缩尺模型的落锤冲击试验验证本文精细化数值模型及研究结论的正确性，最后对遭受飞行器冲击作用的带屋面板网壳结构的失效模式展开研究，对比不带屋面板网壳结构的失效模式，

7、为后续网壳结构抗冲击防护研究奠定基础。本文主要开展了以下几方面工作：1.网壳结构常用钢动态本构模型和失效模型研究开展了网壳结构常用的Q235B钢在不同应变率、温度和应力三轴度下的六种试验，随后使用实验数据标定了J-C本构模型和失效准则十个参数。用原始的J-C本构模型和失效准则屈服强度的温度软化和延性的非线性温度软化效应不能得到合适的描述，为了改进拟合结果，对原始的J-C本构和失效模型进行了修改得到较好的效果。-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文2．网壳结构冲击响应分析方法及建立数值模型研究网壳结构在冲击作用下的响应研究涉及学科交叉问题，一般的动载下动

8、力响应的分析方法已经不适用，本文首先通过开展Taylor撞击试验，用前文得到的修正Johnson-Cook本