建筑用圆钢管构件在多次侧向冲击下的破坏机理

作     者：李航 

作者单位：黑龙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李方慧

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：圆钢管 多次侧向冲击试验 数值仿真 破坏机理 

摘      要：进入新世纪以来,建筑结构在服役期间遭受车辆、船舶和海上漂浮物等多次冲击事件频发,这对于其安全性和稳定性是极大的挑战。圆钢管因其优异的力学性能和简明的造型被广泛应用于大跨空间结构等结构建设当中,针对圆钢管在单次侧向冲击下的动力响应及失效机理研究已开展较多的工作,而在多次侧向冲击下的破坏机理尚不明确。因此,开展圆钢管在多次侧向冲击下的破坏机理研究工作具有重要意义。 本文以Q235B圆钢管为研究对象,通过落锤冲击试验装置开展多次侧向冲击试验,对典型多次侧向冲击动力响应进行详细阐述,并总结多次侧向冲击下的破坏模式。通过数值仿真软件建立落锤和圆钢管几何模型,结合重启动技术开展多次侧向冲击仿真研究,钢材的损伤演化定义为线性退化,并通过试验数据验证数值仿真方法的准确性;通过数值仿真软件开展参数化分析,重点关注不同参数下圆钢管的破坏机理,参数主要包括圆钢管几何尺寸(壁厚、跨度和直径)、冲击能量、锤头形状和冲击位置。提出应用幂函数和线性函数对冲击力位移曲线简化方法,并给出冲击力位移曲线的预测公式。研究圆钢管在总能量恒定的情况下能量分配对多次侧向冲击下的动力响应的影响,并提出圆钢管在多次侧向冲击下的简化分析方法。 由落锤冲击试验和数值仿真结果可知多次冲击下的冲击力峰值呈现明显增加趋势,而位移和冲击持续时间随着冲击次数显著降低,多次冲击下圆钢管的破坏模式与单次冲击相同;通过多次侧向冲击下的动力响应、应力云图和等效塑性应变云图可知应力的大小和分布区域、以及塑性区的范围受参数的影响较大,如楔形、球形和柱形锤头的第三次冲击力峰值分别为44.45 k N、41.71 k N和51.75 k N。能量分配对冲击力影响较为明显,而对位移和能量吸收影响较小。通过与数值仿真数据进行对比可知预测公式对不同参数下的冲击力位移曲线预测效果较为理想。