刚性质量对简支梁的多次塑性撞击

基于刚塑性动力学理论和单轴压缩弹塑性接触模型，对刚性质量水平撞击简支梁的问题进行了理论研究。研究结果表明，刚性质量撞击简支梁的过程是一个复杂的多次塑性撞击过程，存在2个明显的撞击区。每个撞击区包含复杂的次生撞击过程。两个撞击区的撞击冲量相当，第二撞击区中的多次撞击过程将对梁的撞击物理行为产生重要影响。撞击物质量对撞击动...     

刚性块轴向撞击杆的弹塑性动力屈曲

用特征线法分析了刚性块轴向撞击弹塑性直杆时应力波传播的全过程,得到了杆冲击端与固定端应力的变化规律及刚性块与杆首次分离的时间．基于能量原理,考虑了弹塑性应力波的传播与反射,建立了弹塑性杆在刚性块轴向撞击下的横向扰动方程,给出了问题的级数解,由解的稳定性得到了发生屈曲时的临界条件;通过数值计算和分析,给出了临界速度与冲击质量、线性强化模量及临界时间间的关系．     

在质量块冲击作用下刚架大挠度响应的实验研究

本文报道刚架跨中受到以不同速度运动的质量块冲击时动态大挠度响应的实验研究工作,实验测取了冲击点位移、速度随时间变化的曲线及某些关键点的动态应变历史,由此描述了在响应过程中,质量块与刚架间动量动能的传递过程,找出了塑性区域形成和扩展的规律。研究表明:初始撞击接近于理想非弹性,动态荷载不宜简化为瞬时冲量,此时初始冲击动能与刚架所能吸收的最大弹性能之比即便很大,响应中弹性成分仍占有很大的比例,能量比率作为判断是否宜于采用刚塑性解答的条件已不再充分;刚架在初始撞击中吸收的能量和冲量与初始动能和动量之比,仅与刚架承受初始撞击的相当质量和冲击物质量之比有关,而与冲击速度无关,文中给出了二者的关系式。     

点阵材料夹芯悬臂梁在端部承受撞击的动力响应分析

利用非线性有限元软件ABAQUS分析了点阵材料夹芯悬臂梁在端部受刚性质量块撞击时的弹塑性动力响应,考察了刚性块质量和冲击速度变化时对梁端部最大位移的影响.对给定的刚性块质量和速度,考察了芯层的拓扑构型变化时对最大位移的影响,并对刚塑性理论解与有限元计算进行了比较,结果表明:当动载赋予结构的总输出能量与结构的最大弹性能容量之比较大时,两者给出的悬臂梁端部达到最大位移的时间及位移峰值比较接近.     

低速冲击载荷下金属点阵夹芯板的动态响应分析

采用ANSYS/LS-DYNA商用有限元程序,首次比较了波纹夹芯板、方孔蜂窝夹芯板、三角形蜂窝夹芯板、金字塔夹芯板四种典型点阵金属夹芯板受刚性物块低速冲击时的动态行为,以考察点阵金属夹芯结构的动态响应及抗冲击性能。刚性物块的冲击速度范围取75~150m/s,对每种夹芯板选取芯体与上层面板的连接点及连接点之间的空隙两个典型位置进行了冲击模拟。经过分析得出了不同点阵夹芯板的变形机制和吸能特性。结果表明:在刚性物块的冲击过程中,密度大、强度高的面板(上层)主要发挥抗剪切作用,密度低、强度低的芯体主要是通过自身屈曲、起皱等变形消耗刚性物块的动能,抗剪切能力相对较差;在四种点阵夹芯板中,波纹夹芯板的最大挠度和变形区域都是最小的,表现出了最好的抗冲击性能。     

局部冲击作用下刚塑性平板的动力响应和失效模式

基于理想刚塑性的材料模型假定,同时考虑靶板弯曲塑性变形和剪切滑动,完整地分析了平板受刚性体撞击或受局部压力脉冲冲击的动力响应和失效模式。得到了撞击物侵彻深度、靶板穿透条件、塑性变形范围等特征变形破坏参数的解析表达式。讨论了撞击物速度、压力脉冲的冲量和形状等参量对响应和破坏模式的影响。比较了刚塑性理论分析结果与相关的实验和弹塑性数值计算结果。     

卵形头弹体对素混凝土高速侵彻的实验研究

利用二级轻气炮装置,选取材料为38CrMnSi的卵形头弹对素混凝土靶体进行了撞击实验。根据得到的实验数据以及实验后回收的弹体和靶体,分析了动能弹高速侵彻素混凝土时的弹靶响应特性,包括弹体质量损失规律及其机理、靶体损伤特征和侵彻深度随速度的变化规律。结果分析表明,弹体侵彻素混凝土靶体过程包括锥型弹坑阶段和隧道稳定阶段,从较低速到高速侵彻,弹体发生了CRH变小、头部半球化和锥形化的特征性现象,并伴随着不同程度的质量损失,由此引发侵彻深度在高速侵彻时较小的波动。进一步引用弹体侵彻混凝土靶响应模型进行了理论分析,发现在较低速撞击时,利用模型计算得到的值与实验结果比较吻合,而高速撞击条件下偏差则较大,需要考虑弹体头部形状变化对侵彻响应结果的影响。     

不同速度段弹体侵彻岩石靶体的理论分析

随着撞击速度的增加,弹体对岩石类靶体的侵彻机制会发生显著变化,由刚体侵彻逐步转变为半流体侵彻和流体侵彻,3种侵彻机制各自适用的理论模型完全不同。在半流体侵彻阶段,弹体质量损失开始显著增加,造成侵彻效率严重下降,侵彻深度随撞击速度的增加急剧减小。基于提出的弹体质量与速度的理论模型以及弹体刚体段的侵彻阻抗,推导出考虑弹体质量损失的半流体侵彻深度计算公式。对于超高速撞击时的流体动力学侵彻段,通过对流体区和刚性区进行假定,建立动量守恒和伯努利方程,推导给出该阶段弹体的侵彻阻抗,结合弹体质量变化方程推导出侵彻深度的表达式。最后将3个阶段的理论计算结果与花岗岩侵彻试验数据进行了对比验证,侵深和弹体质量变化规律均吻合良好,而且各阶段模型计算结果反映出的侵彻变化规律与实验结果完全一致。     

刚性弹侵彻深度和阻力的比较分析

根据刚性弹侵彻动力学的量纲一侵彻深度公式,分析了刚性弹侵彻过程中弹丸所受的靶板阻力,并从冲量角度讨论了常阻力假设适用的撞击速度阈值vc,得出统一的表达式,求出了针对不同弹靶系统的相应vc值。根据相关数值模拟结果,进一步验证了所求vc值的正确性,同时也检验了不同侵彻深度公式的适用范围。     

竖向地震引发的桥梁结构间的多次重撞击响应分析

应用瞬态波函数法,针对双跨连续梁桥在竖向地震激励下可能出现的多次弹性重撞击问题进行了研究.推导出桥梁结构多次弹性重撞击问题的理论解,并采用临时组合结构法,求解了桥跨结构与桥墩之间的重撞击力.通过对桥梁算例的数值分析,计算模拟了多次重撞击现象,并分析了竖向地震激励周期、桥墩横截面积、梁与墩长度比以及桥跨弹性模量等参数对桥梁结构撞击响应的影响.研究结果表明,竖向地震可能使得桥跨结构与桥墩间发生多次重撞击行为,引发轴力的高频振荡,对桥梁结构响应有着明显的影响.多次重撞击的发生以及重撞击力的幅值对竖向地震激励周期相当敏感;梁与墩长度比和桥跨弹性模量都可以显著影响桥梁在竖向地震激励下的响应机理,应在桥梁抗震设计中予以考虑.     

ELASTIC EFFECT IN DYNAMIC RESPONSE OF PLASTIC CANTILEVER BEAMS TO IMPACT

A lumped masses-springs model is proposed to analyze the dynamicresponse of an elastic-plastic cantilever beam resulting from impact. The numericalresults are in good agreement with those by finite-element approaches. The simplifiedmodel can catch the most essential features of elastic-plastic response of beams; inparticular, it demonstrates the effect of elastic deformation on the distribution ofbending moment and energy dissipation, and provides valuable quatitative results.     

THE DYNAMIC BUCKLING OF ELASTIC-PLASTIC COLUMN SUBJECTED TO AXIAL IMPACT BY A RIGID BODY

I. INTRODUCTIONSince the 1960s the investigation on the dynamic buckling of elastic-plastic structures under impactload has been a very active subject of study in solid mechanics. In this respect the research advanceswere summarized and reviewed from di?erent aspects by some famous scholars[1??4]. The column is themost important structural element in practical engineering. So the dynamic buckling of the column hasattracted much more attention of many researchers. Lindberg H.E. carried ou…     

DYNAMIC BUCKLING OF ELASTIC-PLASTIC COLUMN IMPACTED BY RIGID BODY

The dynamic buckling of an elastic-plastic column subjected to an axial impact by a rigid body was discussed by using the energy law. The traveling process of elastic-plastic waves under impact action was analyzed by characteristics method. The equation of lateral disturbance used to analyze the problem was developed by taking into account the effect of elastic-plastic stress wave. The power series solution of this problem has been the power series approach. The buckling criterion of this problem was proposed by analyzing the characteristics of the solution. The relationship among critical velocity and impact mass, critical buckling length, hardening modulus was given by using theoretical analysis and numerical computation.     

自由梁受集中质量两点撞击的刚塑性动力响应

对矩形截面自由梁在两端同时受到完全相同的集中质量横向撞击问题进行了理论上的研究 ,通过采用刚塑性的材料模型得到了其动力响应完全解。结合数值方法给出了梁的瞬态变形 ,并讨论了输入能量、质量比等参数对梁的最终变形、能量耗散的影响。针对典型算例将完全解的结果与MSC/Dytran的计算结果进行了比较 ,两者具有合理的近似 ,但理论预测的结果略高估计了梁的最终变形。     

Evolution of the micromechanical properties of impacted granular materials

The impact of a projectile on a granular material induces important changes in the micromechanical properties of the impacted material. These changes are studied using a Discrete Element Method model of the impact. The numerical results show that the impact first entails an energy propagation from the impact point to the limit of the sample through the existing force chains. A significant kinetic energy and a total breakage of the existing contact force chains are the main consequences of the energy propagation. During the long recovery balance phase observed after the energy propagation phase, frictional processes cause the kinetic energy dissipation. The motions of the particles and the numerous contact openings first prevent the formation of stable force chains. However, for long durations after the beginning of the impact, contact openings stop. The balance recovery phase therefore finally results in the creation of new stable contact force networks.     

钝圆柱头质量对简支梁的弹性次碰撞研究

该文采用赫兹碰撞理论、三维动力有限元方法和自行研制的次碰撞实验装置,研究了钝圆柱头质量一次坠落碰撞简支钢梁过程的次碰撞现象、次碰撞过程的持续时间和次碰撞发生的条件．实验测试和数值模拟均清楚地观察到了复杂的次碰撞现象．研究结果表明：（1）当梁初始处于静止状态时,将实验测试和数值模拟结果与理论分析结果对比后发现,首个次碰撞过程由局部接触变形主导,并可以采用 Hertz弹性碰撞理论来描述;（2）实验和数值模拟结果展现了与首个次碰撞过程特征迥异的后续次碰撞过程,后续次碰撞过程的持续时间出现大范围的随机变化;（3）进一步分析发现,后续次碰撞过程由局部接触变形和梁的整体变形运动共同主导,梁的整体变形运动使得碰撞力响应变得异常复杂;（4）通过数值计算结果发现,当出现次碰撞现象时,碰撞位移响应中的一阶模态幅值占比会突然降低,相位角发生明显的变化;（5）数值计算结果表明,次碰撞发生的条件与质量比、碰撞初速度、碰撞动量、碰撞位置、测试梁长度和厚度等有关;（6）次碰撞发生的条件若用质量比来度量,则发现存在一个质量比阀值．上述研究表明,局部接触变形和梁的整体变形运动相互作用,产生了复杂的耦合效应,使得次碰撞现象呈现了丰富的力学行为．因此,进一步通过理论、实验和数值仿真研究复杂的次碰撞现象,对于深入理解柔性结构的碰撞行为很有必要．     

端部受斜撞击作用悬臂梁的弹塑性动力响应模式

基于大变形动力控制方程并利用有限差分离散分析,研究了斜撞击作用下弹塑性悬臂梁的动力响应．通过对屈服函数以及弯矩、轴力在动力响应过程中分布规律的分析,阐明了斜撞击下恳臂梁的弹塑性动力响应模式和斜撞击的轴向分量对变形机制的影响．研究表明,弹塑性响应过程可划分为四个阶段,对应的变形模式为：“压缩塑性区扩展”模式,“广义移行塑性铰”和“压缩塑性区收缩”混合模式,“驻定塑性铰”模式,“弹性自由振动”模式．与刚塑性分析所假定的两相变形模式比较,弹塑性应响分析证实了响应早期的瞬态轴向压缩模式和梁根部“驻定塑性铰”模式的存在性,肯定了刚塑性分析所假定变形模式的主要特征．斜撞击的轴向分量在撞击发生的瞬时主导了梁的变形,使梁呈现同承受横向冲击明显小同的变形规律．随着响应的深入,轴向分量迅速衰减,其对截面屈服的贡献非常微弱,由横向分量引起的弯曲挠动在大部分时间内主导和控制梁的变形．数值计算结果表明,斜撞击载荷的质量、撞击速度和角度是影响梁动力响应的重要因素．     

弹塑性悬臂梁结构动力响应中的弹性效应

本文提出由一组质量－弹簧构成的力学系统来研究弹塑性悬臂梁的动力响应问题，其数值结果与有限元解吻合得相当好，这种简化模型能够反映出梁动力响应中的本质特性，还特别显示出梁中弹性对弯矩分布和能量耗散的影响，提供了很有价值的计算结果．     

Simulation of crack spacing using a reinforced concrete model with an internal length parameter

Summary A gradient-enhanced smeared crack model and bond-slip interface elements are utilized in finite element simulations of reinforced concrete. The crack model is rooted in an enhanced plasticity theory. It uses the Rankine failure surface dependent on an equivalent inelastic strain measure as well as on its Laplacian. As a result, finitely sized fracture process zones and realistic crack spacings are obtained. A reinforced concrete bar in uniaxial tension is analyzed to demonstrate the regularizing influence of the internal length parameter in the model and to evaluate the influence of the model parameters on the energy dissipation in multiple cracks. A comparison of numerical simulations with experimental results for a beam without shear reinforcement in four-point bending concludes the analysis. Received 4 November 1997; accepted for publication 23 April 1998