冲击荷载下的结构内力分析 摘要：通过建立模型，对结构承受冲击荷载作用的内力加以分析，分析结构在冲击荷载作用下易失效的部位，得到一些对工程实际有价值的结论。 关键词：冲击荷载;失效部位; 承载力; 稳定性 Abstract: through the model building, the structure under impact loading the analysis of the internal force, analyzes the structure under impact loading of the failure of easy parts, get some of the engineering practice valuable results. Keywords: impact load; Failure parts; Bearing capacity; stability 1.引言 近年来，由于恐怖袭击或爆炸引起的建筑物受冲击荷载作用的事件越来越多，对社会产生了恶劣的影响，而冲击作用对建筑物结构的破坏作用巨大，往往会产生较大的经济损失及人员伤亡事故，逐渐引起了工程界的研究与社会各界的关注。 当建筑物承受冲击力作用后，在结构内部内力分布情况往往较为复杂，通常情况下，由于建筑物在短时内受到了较大作用的力，结构内积聚大量的能量，从而首先表现在引起结构局部构件的破坏，使得整体结构的内力重分布，内力分布的变化引起各构件的承载力不足或构件失稳，进而使各构件逐步遭到破坏，最终引起建筑物的整体破坏。 冲击荷载作为偶然荷载，具有其不确定性，当冲击荷载作用时，其对结构产生破坏较难加以预测，美国的Albllhassan Astaneh指出阻止偶然荷载破坏需设置外围防护结构及提高自身的强度[1]。熊世树认为防御连续性倒塌的方法是提供备用的传力路径[2]。朱炳寅在对莫斯科中国贸易中心设计时提出局部抗力增强的设计[3]。但结构在冲击荷载作用下失效构件位置往往难以确定，本文通过计算，对构件易失效部位加以分析。 2.计算方法 2.1计算模型 由于冲击荷载的特殊性，很难进行现场试验，在其理论研究中，往往通过电算法进行模拟，本文以白卡纸为材料，材料性能参数见表1。通过计算并制作模型，在加载台上进行加载。模型主题结构为三层框架结构，首层高度200mm，第二层高度400mm，第三层高度550mm，每层平面为200 mm×200 mm，顶部施加15kg静载，第二层水平方向施加冲击荷载，冲击荷载通过加载装置施加，其大小为5kg荷载块下落100mm产生的荷载，加载示意图如图1。
有限元分析类型 一、nastran中的分析种类 （1）静力分析 静力分析是工程结构设计人员使用最为频繁的分析手段，主要用来求解结构在与时间无关或时间作用效果可忽略的静力载荷（如集中载荷、分布载荷、温度载荷、强制位移、惯性载荷等）作用下的响应、得出所需的节点位移、节点力、约束反力、单元内力、单元应力、应变能等。该分析同时还提供结构的重量和重心数据。 （2）屈曲分析 屈曲分析主要用于研究结构在特定载荷下的稳定性以及确定结构失稳的临界载荷，NX Nastran中的屈曲分析包括两类：线性屈曲分析和非线性屈曲分析。 （3）动力学分析 NX Nastran在结构动力学分析中有非常多的技术特点，具有其他有限元分析软件所无法比拟的强大分析功能。结构动力分析不同于静力分析，常用来确定时变载荷对整个结构或部件的影响，同时还要考虑阻尼及惯性效应的作用。 NX Nastran的主要动力学分析功能：如特征模态分析、直接复特征值分析、直接瞬态响应分析、模态瞬态响应分析、响应谱分析、模态复特征值分析、直接频率响应分析、模态频率响应分析、非线性瞬态分析、模态综合、动力灵敏度分析等可简述如下： ?正则模态分析 正则模态分析用于求解结构的固有频率和相应的振动模态，计算广义质量，正则化模态节点位移，约束力和正则化的单元力及应力，并可同时考虑刚体模态。 ?复特征值分析 复特征值分析主要用于求解具有阻尼效应的结构特征值和振型，分析过程与实特征值分析类似。此外
Nastran的复特征值计算还可考虑阻尼、质量及刚度矩阵的非对称性。 ?瞬态响应分析（时间-历程分析） 瞬态响应分析在时域内计算结构在随时间变化的载荷作用下的动力响应，分为直接瞬态响应分析和模态瞬态响应分析。两种方法均可考虑刚体位移作用。 直接瞬态响应分析 该分析给出一个结构随时间变化的载荷的响应。结构可以同时具有粘性阻尼和结构阻尼。该分析在节点自由度上直接形成耦合的微分方程并对这些方程进行数值积分，直接瞬态响应分析求出随时间变化的位移、速度、加速度和约束力以及单元应力。 模态瞬态响应分析 在此分析中，直接瞬态响应问题用上面所述的模态分析进行相同的变换，对问题的规模进行压缩，再对压缩了的方程进行数值积分，从而得出与用直接瞬态响应分析类型相同的输出结果。 ?随机振动分析 该分析考虑结构在某种统计规律分布的载荷作用下的随机响应。例如地震波，海洋波，飞机超过建筑物的气压波动，以及火箭和喷气发动机的噪音激励，通常人们只能得到按概率分布的函数，如功率谱密度（PSD）函数，激励的大小在任何时刻都不能明确给出，在这种载荷作用下结构的响应就需要用随机振动分析来计算结构的响应。NX Nastran中的PSD可输入自身或交叉谱密度，分别表示单个或多个时间历程的交叉作用的频谱特性。计算出响应功率谱密度、自相关函数及响应的RMS值等。计算过程中，NX Nastran不仅可以像其他有限元分析那样利用已知谱，而且还可自行生成用户所需的谱。 ?响应谱分析 响应谱分析（有时称为冲击谱分析）提供了一个有别于瞬态响应的分析功能，在分析中结构的激励用各个小的分量来表示，结构对于这些分量的响应则是这个结构每个模态的最大响应的组合。 ?频率响应分析 频率响应分析主要用于计算结构在周期振荡载荷作用下对每一个计算频率的动响应。计算结果分实部和虚部两部分。实部代表响应的幅度，虚部代表响应的相角。 直接频率响应分析 直接频率响应通过求解整个模型的阻尼耦合方程，得出各频率对于外载荷的响应。该类分析在频域中主要求解两类问题。第一类是求结构在一个稳定的周期性正弦外力谱的作用下的响应。结构可以具有粘性阻尼和结构阻尼，分析得到复位移、速度、加速度、约束力、单元力和单元应力。这些量可以进行正则化以获得传递函数。 第二类是求解结构在一个稳态随机载荷作用下的响应。此载荷由它的互功率谱密度定义。而结构载荷由上面所提到的传递函数来表征。分析得出位移、加速度、约束力或单元应力的自相关系数。该分析也对自功率谱进行积分而获得响应的均方根值。 模态频率响应 模态频率响应分析和随机响应分析在频域中解决的两类问题与直接频率响应分析解决相同的问题。
第三章金属在冲击载荷下的力学性能 前面我们讲述的是材料在常温、静载下的力学性能。工程中，还有许多机件是快速加载即冲击载荷及低温条件下工作的，如：汽车在凸凹不平的道路上行驶；飞机的起飞和降落；材料的压力加工等；其性能将与常温、静载的不同。 冲击载荷与静载的主要差异：在于加载速率不同，加载速率是指载荷施加于试样或机件的速率，用单位时间内应力增加的数值表示。 因加载速率提高，形变速率也随之增加，形变速率是单位时间的变形量。因此，用形变速率（又分绝对变形速率和相对变形速率）可以间接地反映加载速率的变化。相对变形速率又称应变率。 不同机件的应变速率范围大约为10-6～106s-1。静拉伸试验的应变速率为10-5～10-2s-1，冲击试验的应变速率为102～104s-1。试验表明，应变速率在10-4～10-2s-1内，金属的力学性能没有明显变化，可按静载荷处理。当应变速率大于10-2s-1时，力学性能将发生明显变化。 缺口 冲击载荷使塑性变形得不到充分发展，更灵敏地反映材料的变脆倾向。 降低温度（脆断趋势）钢的冷脆是一种低能量断裂，一般为解理断裂，有时为准解理断裂或沿晶断裂。冷脆的最大特点是断裂功极低，后果是灾难性的。（原因是断裂面间距为原子间距，力的作用距离只有0.1nm数量级，即使力很大，断裂所消耗的功W=F.S也相当低）。 第一节冲击载荷下金属变形和断裂的特点 1、应变率对金属材料的弹性行为及弹性模量没有影响。因弹性变形是以声 速在介质中传播的，声速在金属介质中相当大，钢中为4982 m/s，普通摆锤冲击时绝对变形速率只有5～5.5m/s冲击弹性变形总能跟上冲击力的变化。 2、金属材料在冲击载荷作用下塑性变形难于充分进行。金属产生附加强化。冲击载荷下塑性变形比较集中在某些区域（与静载荷下不同），说明塑性变形是极不均匀的。 3、材料塑性和应变率之间无单值依存关系。 第二节冲击弯曲和冲击韧性 一、冲击韧性 是指材料在冲击载荷作用下吸收（弹性变形功）塑性变形功和断裂功的能力。常用标 来表示。 准试样的冲击吸收功A K 二、冲击试样 见图3-3。 ①冲击弯曲试验试样的种类： 夏比v型缺口冲击试样 缺口试样 夏比u型缺口冲击试样（我国以前称梅氏试样） 无缺口冲击试样：适用于脆性材料（球铁、工具钢、淬火钢等）
悬架的概念和分类 悬架是汽车的车架与车桥或车轮之间的一切传力连接装置的总称。 悬架的主要作用是传递作用在车轮和车身之间的一切力和力矩，比如支撑力、制动力和驱动力等，并且缓和由不平路面传给车身的冲击载荷、衰减由此引起的振动、保证乘员的舒适性、减小货物和车辆本身的动载荷。 典型的汽车悬架结构由弹性元件、减震器以及导向机构等组成，这三部分分别起缓冲，减振和力的传递作用。绝大多数悬架多具有螺旋弹簧和减振器结构，但不同类型的悬架的导向机构差异却很大，这也是悬架性能差异的核心构件。 根据结构不同可分为非独立悬架和独立悬架两种。 独立悬架 独立悬架系统是每一侧的车轮都是单独地通过弹性悬架系统悬架在车架或车身下面的。 优点： 1.质量轻，减少了车身受到的冲击，并提高了车轮的地面附着力； 2.可用刚度小的较软弹簧，改善汽车的舒适性； 3.可以使发动机位置降低，汽车重心也得到降低，从而提高汽车的行驶稳定性； 4.左右车轮单独跳动，互不相干，能减小车身的倾斜和震动。 缺点： 1.独立悬架系统存在着结构复杂维修不便的缺点 2.成本高 3.因为结构复杂，会侵占一些车内乘坐空间。 现代轿车大都是采用独立式悬架系统，按其结构形式的不同，独立悬架系统又可分为横臂式、纵臂式、多连杆式、烛式以及麦弗逊式悬架系统等。 1,、单横臂式 横臂式悬架指车轮在汽车横向平面内摆动的独立悬挂系统，一般和断开式车桥配合使用。按横臂数量又可分为单横臂式悬架和双横臂式悬架。 单横臂式具有结构简单，侧倾中心高，有较强的抗侧倾能力的优点，缺点是轮距变化大，轮胎磨损加剧。
2、双横臂式 按上下横臂是否等长又可分为等长双横臂式和不等长双横臂式。 等长双横臂式悬架在车轮上下跳动时，能保持主销倾角不变，但轮距变化大，造成轮胎磨损严重。 不等长双横臂的横向刚度大，只要适当选择、优化上下横臂的长度，并通过合理的布置、就可以使轮距及前轮定位参数变化均在可接受的限定范围内，保证汽车具有良好的行驶稳定性。双横臂的上下臂不能起到纵向导向作用，还需要另加拉杆导向。 这种结构较双叉臂更简单的双横臂悬挂性能介于麦弗逊悬挂和双叉臂悬挂之间，拥有不错的运动性能。 3、双叉臂式 用A字或者V字形结构替代双横臂式的单臂。 优点：横向刚度大有较好的方向稳定性、抗侧倾性能优异、抓地性能好、路感清晰； 缺点：制造成本高、悬架定位参数设定复杂。缺点是响应速度较其他形式悬架要缓慢，横向安装空间大。
某机构基座承受冲击载荷的刚强度分析 陈文英 中国北方车辆研究所
某机构基座承受冲击载荷的刚强度分析 陈文英 （中国北方车辆研究所） 摘要：本文利用MSC.Nastran结构静力计算功能对某机构基座进行了整体刚度与强度分析，得到各个部位的变形和应力，并通过MSC.Patran的后处理功能观察了其应力和变形情况，清楚准确地找出设计的薄弱环节，提出了有效、可行的改进措施，为该机构的论证和优化设计提供了有力支持。 关键词：基座有限元刚度强度 1概述 根据设计要求，该基座应具备承受冲击的能力。因此，在研制中，对机构的外廓尺寸和全重有严格的限制，要求设计在满足功能、结构要求的前提下，尽可能优化结构，减少重量。由于机构在使用中承受较大的载荷和冲击，所以分析计算基座在这种工况条件下的应力和变形情况具有重要意义。 该基座使用铝合金材料，底部有气囊缓冲减振，希望能承受20g的冲击加速度，以便保证基座及其零部件在实际使用时安全可靠，不发生损坏。 本文利用MSC.Software 公司的有限元分析程序MSC.Nastran，对机构在承受冲击载荷时基座的刚度与强度进行了分析计算，得到各个部位的变形和应力，并通过MSC.Patran的后处理功能观察其应力和变形情况，清楚准确地找出设计的薄弱环节，提出了有效、可行的改进措施, （例如筋板的加厚加宽、尖角或直角过度部位加圆角、注意焊接部位焊缝质量等。）为该机构的论证和优化设计提供了有力支持。 2 有限元模型的建立 根据基座的结构几何特征和承载方式，以Pro-E软件建造的基座三维实体模型为基础，建立了详细的基座有限元模型，如图1所示。 2.1 网格划分 我们知道，CAD软件建立的模型，尤其是复杂大型结构，往往不能顺利正确地转换到有限元分析软件（CAE）中去，要经过多次的修改和消除CAD建模过程中存在与隐含的造型逻辑错误。否则，无法划分有限单元网格，或划出来的网格不正确，无法计算。 有限元分析首要和关键的一步是进行单元的剖分，有限元的分析模型必须要求结构模型的点、线、面、体严格正确无误，本模型就花费了分析人员较多时间和精力才转换成功。然后，就是对转换过来的正确模型进行单元剖分，考虑到计算机硬件、分析软件和计算时间的限制，单元的大小、多少非常关键，需要分析人员认真细致地考虑网格单元参数。本基座采
支架的动态冲击载荷分析 2011-03-05 19:47:25| 分类：CAE | 标签：|字号大中小订阅 本文采用https://www.doczj.com/doc/433851761.html,b的Motion模块建立刚柔多体装配模型。装配模型中支架采用柔性体，要对其进行在冲击载荷下的刚度、强度分析，本文只做一个定性而非定量的分析，对设计人员的设计起指导帮助的作用。 如图1所示，为初步设计的架子和回转台、液压缸等部件在https://www.doczj.com/doc/433851761.html,b 的Motion模块中建立的刚柔多体装配模型。装配模型中架子采用柔性体，要对其进行在冲击载荷下的刚度、强度分析，除架子之外的其他部件都采用刚体模型。 图1 刚柔多体装配模型 冲击试验载荷条件：冲击脉冲波形为半正弦波，冲击峰值加速度为20g，脉冲持续时间11ms，除样品有特殊要求外，试验应沿试验样品的二个互相垂直轴的四个轴向的每个方向施加三次（共12次）冲击。每组筒子质量为300kg，四组筒子和架子质量一起产生的冲击力均匀分布在其四个固定座上。 在此冲击载荷下，如图1所示架子后端两个支撑通过铰链与回转台连接，在行驶状态时前端两处与回转台固支，因为冲击试验模拟的是行驶状态时的冲击，故在边界条件中也将此两处与回转台固支，另外架子还通过铰链与两个发射时起鼎升支撑作用的液压缸连接。冲击力加载条件如图1所示，在motion模块中以用户自定义弹簧力的方式加在每个固定座上，其加载曲线如图2 所示。
图2 冲击载荷加载曲线 如图3所示，为某瞬时架子在冲击载荷下的变形云图，因为变形云图随着加载时间的变化而不停的变化着的，所以在这只抓取了某一瞬时状态的变形云图，但整个冲击过程中架子的变形区域分布是一致的，只是大小不一样而已。云图中红色区域表示变形较大的区域，从图中可以看出，架子变形较大的区域有三个地方：1、前端两侧，由于这两侧都直接受力，且无直接支撑，所以在冲击载荷下会引起较大的变形。2 、中心两个分支较多处，由于整个架子在X-Y平面内可以看作相当于一个薄板，在冲击载荷下薄板的屈曲变形趋势会引起架子的中心两个分支较多处变形较大。3、后段两侧伸出的支架处，由于架子后段两个支架处与回转台是通过旋转副连接的，而伸出的支架又比较长，只要在旋转副连接处架子有一个较小的转角就会引起伸出的支架远端较大的变形。 图3 冲击载荷下某一瞬时架子变形云图
材料性能学 1一14周
第三章金属在冲击载荷下的 力学性能
许多机器零件在服役时往往受到冲击载荷的作用，如火箭的发射、飞机的起飞和降落、汽车通过道路上的凹坑以及金属压力加工（铸造）等，为了评定材料传递冲击载荷的能力,揭示材料在冲击载荷下的力学行为，就需要进行相应的力学性能试验。 冲击载荷和静载荷的区别在于加载速率的不同 加载速率：载荷施加于试样或机件时的速率，用单位时间内应力增加 的数值表示。 形变速率：单位时间的变形量。加载速率提高，形变速率也增加。相对形迹速率也称为应变速率，即单位时间内应变的变化量。 冲击载荷2－104s-1 de10 d
静载荷 10-5－10-2s-1
一、冲击载荷下金属变形和断裂的特点 冲击载荷下，由于载荷的能量性质使整个承载系统承受冲击 能，所以机件、与机件相连物体的刚度都直接影响冲击过程 的时间，从而影响加速度和惯性力的大小。 由于冲击过程持续时间短，测不准确，难于按惯性力计算机件内的应力，所以机件在冲击载荷下所受的应力，通常假定冲击能全部转换为机件内的弹性能，再按能量守恒法计算。 冲击弹性变形（弹性变形以声速传播，在金属介质中为 4982m/s）能紧跟上冲击外力（5m/s）的变化，应变速率对 金属材料的弹性行为及弹性模量没有影响。 应变速率对塑性变形、断裂却有显著的影响。金属材料在冲 击载荷下难以发生塑性变形。
1.1 应变速率对塑性变形的影响 金属材料在冲击载荷作用下塑性变形难以充分进行，主要有以下两方面的原因： 1. 由于冲击载荷下应力水平比较高，使许多位错源同时起作用，结果抑制了单晶体中易滑移阶段的产生与发展。 2. 冲击载荷增加了位错密度和滑移系数目，出现孪晶，减小了位错运动自由行程平均长度，增加了点缺陷的浓度。
课程名称： 控制理论乙 指导老师： 成绩： 实验名称： 二阶系统的瞬态响应分析 实验类型： 同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求 1. 谁二阶模拟系统的组成 2. 研究二阶系统分别工作在1=ξ、10<<ξ、1>ξ三种状态下的单位阶跃响应 3. 分析增益K 对二阶系统单位阶跃响应的超调量P σ、峰值时间t p 和调整时间t s 4. 研究系统在不同K 值对斜坡输入的稳态跟踪误差 二、实验内容和原理 1. 实验原理 实验电路图如下图所示： 上图为二阶系统的模拟电路图，它是由三部分组成。其中，R1、R2和C1以及第一个运放共同组成一个惯性环节发生器，R3、C2与第二个运放共同组成了一个积分环节发生器，R0与第三个运放组合了一个反相发生器。所有的运放正输入端都接地，负输入端均与该部分电路的输入信号相连，并且输入和输出之间通过元件组成了各种负反馈调节机制。最后由最终端的输出与最初端的输入通过一个反相器相连，构成了整体电路上的负反馈调节。 惯性函数传递函数为： 1 11/1/)(1212 122121+=+?=+==s T K Cs R R R R Cs R Cs R Z Z s G 比例函数的传递函数为 s T s C R R s C Z Z s G 22332122111 )(====
反相器的传递函数为 1)(0 012 3-=-== R R Z Z s G 电路的开环传递函数为 s T s T T K s T s T K s G s G s H 22 21212111)()()(+=?+= ?= 电路总传递函数为 2 222 11 22 122212)(n n n s s T T K s T s T T K K s T s T T K s G ωξωω++=++=++= 其中 12R R K = 、121C R T =、232C R T =、21T T K n =ω、K T T 12 4=ξ 实验要求让T1=0.2s ，T2=0.5s ，则通过计算我们可以得出 K n 10=ω、K 625 .0= ξ 调整开环增益K 值，不急你能改变系统无阻尼自然振荡平率的值，还可以得到过阻尼、临界阻尼好欠阻尼三种情况下的阶跃响应曲线。 （1）当K>0.625时，系统处于欠阻尼状态，此时应满足 10<<ξ 单位阶跃响应表达式为： )1tan sin(111)(2 1 2 ξ ξωξ ξω-+-- =--t e t u d t a n 其中，2 1ξωω-=n d 图像为：
机械制造 周晓和?等 强冲击载荷下钢筋混凝土路面动态响应影响因素敏感度分析 ｈｔｔｐ:?ＺＺＨＤ.ｃｈｉｎａｊｏｕｒｎａｌ.ｎｅｔ.ｃｎ一Ｅ￣ｍａｉｌ:ＺＺＨＤ＠ｃｈａｉｎａｊｏｕｒｎａｌ.ｎｅｔ.ｃｎ?机械制造与自动化? 作者简介:周晓和 强冲击载荷下钢筋混凝土路面动态响 应影响因素敏感度分析 周晓和?马大为?仲健林?任杰 南京理工大学机械工程学院?江苏南京２１００９４ 摘一要:为得到强冲击载荷下?混凝土厚度二钢筋位置及纵向配筋率对钢筋混凝土路面动态响应敏感度?采用混凝土塑性损伤模型?建立了钢筋混凝土路面有限元模型?采用参数化技术?对钢筋混凝土路面在强冲击载荷下动态响应的主要影响因素进行参数化计算?结合计算结果对各参数进行了敏感度分析?分析结果表明:混凝土厚度对载荷中心点最大沉降值及钢筋混凝土板底中心点最大应力值影响较大?钢筋位置次之?纵向配筋率对其无太大影响? 关键词:强冲击载荷?钢筋混凝土路面?参数化?动态响应?敏感度分析 中图分类号:ＴＰ３９１.９一一文献标志码:Ｂ一一文章编号:１６７１￣５２７６(２０１４)０５￣００７４￣０３ ＳｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＤｙｎａｍｉｃＲｅｓｐｏｎｓｅＩｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇＦａｃｔｏｒｏｆＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ＣｏｎｃｒｅｔｅＰａｖｅｍｅｎｔｕｎｄｅｒＨｅａｖｙＩｍｐａｃｔＬｏａｄｉｎｇ ＺＨＯＵＸｉａｏ￣ｈｅ?ＭＡＤａ￣ｗｅｉ?ＺＨＯＮＧＪｉａｎ￣ｌｉｎ?ＲＥＮＪｉｅ (ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ?ＮＵＳＴ?Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９４?Ｃｈｉｎａ) Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｓｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓ?ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｒａｔｉｏｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｐａｖｅｍｅｎｔｕｎｄｅｒｈｅａｖｙｉｍｐａｃｔｌｏａｄｉｎｇ?ｉｔｓｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｄａｍａｇｅｄｐｌａｓｔｉｃｉｔｙｍｏｄｅｌ?ｔｈｅｐａｒａｍｅｔｒｉｃｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｕｓｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｍａｉｎｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｏｎｔｈｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｐａｖｅｍｅｎｔｕｎｄｅｒｈｅａｖｙｉｍｐａｃｔｌｏａｄｉｎｇａｎｄｔｈｅｎａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｏｂｔａｉｎｅｄｒｅｓｕｌｔｓ?ｔｈｅｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｅａｃｈｐａｒａｍｅｔｅｒｉｓａｎａｌｙｚｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｈａｓｇｒｅａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｌｏａｄｉｎｇｃｅｎｔｒａｌｍａｘｉｍｕｍｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔａｎｄｂｏｔｔｏｍｃｅｎｔｒａｌｍａｘｉｍｕｍｓｔｒｅｓｓｖａｌｕｅ?ｎｅｘｔｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｐｏｓｉｔｉｏｎ?ａｎｄｔｈｅｎｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｒａｔｉｏ. Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｈｅａｖｙｉｍｐａｃｔｌｏａｄｉｎｇ?ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｐａｖｅｍｅｎｔ?ｐａｒａｍｅｔｅｒ?ｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｐｏｎｓｅ?ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓ ０一引言 钢筋混凝土结构由于充分利用了混凝土的抗压性能和钢筋的抗拉性能?已被广泛地应用于高层建筑物二长跨桥二高速公路二水电站二隧道等?这些结构在其工作过程中除了承受正常的设计载荷之外?往往还要承受诸如爆炸二冲击和碰撞等动载荷?此时?受载结构处于大变形二高应变率和高静水压力状态?在远离动载荷作用处?围压效应减弱而多轴应力效应明显?介质内部由于拉二压应力波的相互作用对材料内部产生不同程度的破坏?对材料性能产生复杂的影响[２?３]? 文中对ＡＢＡＱＵＳ有限元软件中混凝土塑性损伤模型的基本理论与特点进行介绍?并将其运用到钢筋混凝土建模中?结合参数化技术?通过对钢筋混凝土路面模型参数的修改?快速二准确地建立相应的非线性有限元动力学模型?并根据设定参数自动地进行计算?完成参数化求解目标?通过对计算结果的分析?对钢筋混凝土路面模型主要性能参数进行敏感度评估? １一混凝土塑性损伤模型 ＡＢＡＱＵＳ中的混凝土损伤塑性模型使用于模拟各种 类型中的混凝土和其他准脆性材料?其采用各向同性弹性损伤结合各向同性拉伸和压缩塑性理论来表征混凝土的非弹性行为?可模拟低围压?混凝土受到单调二循环或动载作用下的力学行为?结合非关联多重硬化塑性和各向同性弹性损伤理论来表征材料断裂过程中发生的不可逆损伤行为?材料的弹性行为应为各向同性和线性的[５]? １.１一屈服函数 模型考虑了在拉伸和压缩作用下材料具有不同的强度特征?考虑高围压力二等效应力以及有效最大主应力的影响?将材料的屈服函数写成式(１)的形式[４?５]: Ｆ(σ)＝ １１－α (ｑ－－３αｐ－＋β－<σ－＾ｍａｘ>－γ<－σ－ ＾ｍａｘ>)(１) 式中:α?β?γ 材料参数?由实验确定? ｐ－ 静水压力?ｐ－ ＝－ １３σｉｉ ? ４７
第37卷第4期STRUCTURE & ENVIRONMENT ENGINEERING V ol.37, No.4 爆炸冲击载荷作用下板壳结构数值仿真分析 王飞1陈卫东2 （1北京强度环境研究所，北京 100076；2哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院，哈尔滨 150001） 摘要：主要针对爆炸冲击载荷作用下板壳结构的试验破坏问题，利用LS-DYNA有限元分析软件，采 用非线性动力学分析计算方法，考虑材料非线性和结构非线性等因素，模拟分析了板壳结构在接触爆 炸冲击载荷作用下的动态响应。计算分析结果与试验结果相吻合，利用有限元分析方法能很方便解释 试验过程和现象，为试验分析提供有效依据。 关键词:接触爆炸；板壳结构；动态响应；数值模拟 中图分类号：U611.4 文献标识码：A 文章编号：1006-3919(2010)04-0036-04 The numerical simulation analysis of the shell structure subjected to contact explosion Wang Fei1 Chen Weidong2 (1 Beijing Institure of Structure and Enviroment Engineering, Beijing 100076, China 2 College of Astronautics and Civil Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China) Abstract: Aiming at the experimental damage problem of shell structure subjected to explosion impact load, the dynamic response of shell structure subjected to contact explosion impact load is simulated with the use of the finite element analysis software LS-DYNA , and using the nonlinearity dynamic analysis method, considering the material nonlinearity and structural nonlinearity. The analysis results and experimental results coincide with, the finite element method is very easy to explain the experimental process and experimental phenomenon, provide the effective basis for experimental analysis. Key words: contact explosion; shell structure; dynamic response; numerical simulation 1 引言 接触爆炸冲击载荷作用下板壳结构的变形和破损是非常复杂的非线性动态响应过程，既存在结构和材料变形时的非线性问题，又涉及到材料的流固耦合问题。接触爆炸冲击载荷往往产 收稿日期：2009-12-15；修回日期：2010-05-19 作者简介：王飞（1983—），男，助理工程师，研究方向：冲击、分离、结构耦合动力学；（100076）北京 9200信箱72分箱.
实验四 三阶系统的瞬态响应及稳定性分析 一、实验目的 (1)熟悉三阶系统的模拟电路图。 (2)由实验证明开环增益K 对三阶系统的动态性能及稳定性的影响。 (3)研究时间常数T 对三阶系统稳定性的影响。 二、实验所需挂件及附件 图8-16 三阶系统原理框图 图8-17 三阶系统模拟电路 图8-16为三阶系统的方框图，它的模拟电路如图8-17所示，对应的闭环传递函数为： 该系统的特征方程为： T 1T 2T 3S3+T 3（T 1+T 2）S2+T 3S+K=0 其中K=R 2/R 1，T 1=R 3C 1，T 2=R 4C 2，T 3=R 5C 3。 若令T 1=0.2S ，T 2=0.1S ，T 3=0.5S ，则上式改写为 用劳斯稳定判据，求得该系统的临界稳定增益K=7.5。这表示K>7.5时，系统为不稳定；K<7.5时，系统才能稳定运行；K=7.5时,系统作等幅振荡。 除了开环增益K 对系统的动态性能和稳定性有影响外，系统中任何一个时间常数的变化对系统的稳定性都有影响，对此说明如下： 令系统的剪切频率为 ω c ，则在该频率时的开环频率特性的相位为： ?（ωc ）= - 90? - tg -1T 1ωc – tg -1T 2ωc 相位裕量γ=180?+?（ωc ）=90?- tg -1T 1ωc- tg -1T 2ωc K )S T )(S T (S T K )S (U )S (U i o +1+1+=2130=100+50S +15S +S 2 3Κ
由上式可见，时间常数T 1和T 2的增大都会使γ减小。 四、思考题 (1)为使系统能稳定地工作，开环增益应适当取小还是取大？ (2)系统中的小惯性环节和大惯性环节哪个对系统稳定性的影响大，为什么？ (3)试解释在三阶系统的实验中，输出为什么会出现削顶的等幅振荡？ (4)为什么图8-13和图8-16所示的二阶系统与三阶系统对阶跃输入信号的稳态误差都为零? (5)为什么在二阶系统和三阶系统的模拟电路中所用的运算放大器都为奇数？ 五、实验方法 图8-16所示的三阶系统开环传递函数为： (1)按K=10，T 1=0.2S, T 2=0.05S, T 3=0.5S 的要求，调整图8-17中的相应参数。 (2)用慢扫描示波器观察并记录三阶系统单位阶跃响应曲线。 (3)令T 1=0.2S ， T 2=0.1S ， T 3=0.5S ，用示波器观察并记录K 分别为5、7.5和10三种 情况下的单位阶跃响应曲线。 (4)令K=10，T 1=0.2S ，T 3=0.5S ，用示波器观察并记录T 2分别为0.1S 和0.5S 时的单位 阶跃响应曲线。 六实验报告 (1)作出K=5、7.5和10三种情况下的单位阶跃响应波形图，据此分析K 的变化对系统动态性能和稳定性的影响。 (2)作出K=10，T1=0.2S ，T3=0.5S ，T 2分别为0.1S 和0.5S 时的单位阶跃响应波形图， 并分析时间常数T 2的变化对系统稳定性的影响。 (3)写出本实验的心得与体会。 ) 1)(1()(213++=S T S T S T K S G
第7章 车桥与悬架 车桥与悬架的功能完全不一样，但关系十分密切。因悬架结构类型的不同，传统上将车桥分为整体式（非断开式）和断开式两类，见图7.1。实际上汽车的悬架采用独立悬架的结构型式后，汽车左右轮之间已不存在车桥，它已和独立悬架的结构融合在一起。我国一般教科书上仍称之为断开式车桥，这是受旧苏联教材的影响。本章下面将要叙述的车桥，只是指整体式桥。至于所为的断开式车桥，本书下面不再专门提及。 图7.1 7.1 车桥（轴） 车桥又称车轴，它最基本的功能是承受汽车的负荷，维持汽车在道路上正常行驶。因此，车桥最简单的结构形式就是能装车轮的‘梁’。但按照结构要求，有时车桥还要具备一些附加的功能，如驱动、转向等。因此，车桥按附加功能不一，可有下列三种基本类型：驱动桥、转向桥和支持桥。将驱动桥变型加转向的功能，就成为转向驱动桥。转向桥和支持桥的车轮都不是驱动轮，这两者又称为从动桥。 本节重点介绍载重汽车上用得较普遍的驱动桥和转向桥结构，以作为熟悉车桥结构构思的基础。至于支持桥，主要为前置前驱动汽车的后桥所采用。传统的结构十分简单，而一些先进、新颖的支持桥又和悬架联系在一起难于分割（如纵臂扭转梁式复合悬架），本节也就不再涉及，请注意有关悬架的结构。 7.1.1驱动桥（壳） 驱动桥的结构外形，主要受主减速器及其传动布置和悬架结构类型的影响。图7.2是典型的后驱动桥壳结构。它的中部有大圆孔，用于安装主减速器，两旁为轴管让半轴通过。轴管的端部为安装车轮轮毂所用。桥壳的结构是服从于汽车总体结构布置要求，精心构思而成。结构上除了考虑到功能性的要求外，还注意到要使桥壳的弯曲变形要小、强度可靠、重量小且制造安装部件方便。由于桥壳结构形状复杂，旧时主要靠铸造成型法以获得理想的形状。它的缺点是，笨重、加工面多，需要相当规模的铸造设备。从现在看，它只适宜用于批量小的重型载重汽车。
附件1： “强冲击载荷下钢筋混凝土的本构关系、 破坏机理与数值方法”重大项目指南 强冲击载荷具有短历时、高幅值以及变化剧烈等特征，强冲击载荷问题直接与材料、结构的动力学特征和破坏行为密切相关。强冲击载荷下材料与结构的动态力学特性与破坏行为在国家战略需求中的重要作用亦越来越显著。 钢筋混凝土不但在土木工程领域有着广泛的应用，而且在国家安全方面的应用越来越广泛，其具有的非均质、各向异性、多组分的特性亦给动力学特性的研究带来困难。本项目拟选取钢筋混凝土为主要研究对象，通过实验研究、理论分析和数值仿真相互结合，获取对强冲击载荷下钢筋混凝土特性和作用机理的认识和理解，为促进钢筋混凝土材料在国防和土木工程领域的应用提供科学支撑。 一、科学目标 以钢筋混凝土为主要研究对象，发展新型高速加载与测试技术，开展动高压加载实验和高速侵彻实验，建立强冲击载荷下钢筋混凝土材料的动态本构关系、高压状态方程和材料数据库，揭示钢筋混凝土结构的侵彻机理与破坏特征，发展相应的高精度三维多物质算法及软件，为推进强冲击载荷下材料与结构的动态力学行为研究提供新的理论、方法和模拟手段，提升我国在爆炸与冲击动力学领域的创新能力。 二、研究内容 （一）钢筋混凝土材料的动态力学性能及宏观本构关系。 发展新型大口径高速加载与测试技术，并结合Hopkinson杆和轻气炮等动高压加载手段对钢筋混凝土材料进行不同应变率范围的实验；钢筋混凝土材料及组分在动高压加载下的物理规律和破坏特征，以及强冲击载荷作用下材料失效与内部细观结构的变化规律；计及应变率效应、热效应与损伤演化规律的动态本构
关系、状态方程和材料数据库。 （二）钢筋混凝土结构的侵彻破坏机理。 强冲击载荷下钢筋混凝土结构动态破坏等的实验测试技术与表征方法；高速侵彻体对钢筋混凝土结构的深侵彻实验和侵彻机理，主要包括侵彻过程中钢筋混凝土结构的破坏过程和抗侵彻破坏能力以及侵彻体的结构响应、质量侵蚀等。 （三）强冲击载荷下结构力学行为的数值模拟方法与软件。 强冲击载荷下结构力学行为的三维高精度计算格式与多物质界面算法；高精度计算格式与界面算法的并行化策略与软件；软件的验证与确认。 三、资助期限5年（2014年1月至2018年12月） 四、资助经费1500万元 五、申请注意事项 1.申请人应当认真阅读本项目指南和通告，不符合项目指南和通告的申请项目不予受理。 2. 申请书的附注说明选择“强冲击载荷下钢筋混凝土的本构关系、破坏机理与数值方法”（以上选择不准确或未选择的项目申请不予受理）。 3.本项目由数理科学部负责受理。
第29卷第3期2008年9月 固体力学学报 C H IN ESE J OU RNAL O F SOL I D M EC HAN ICS Vol.29No.3 September2008 强冲击荷载作用下混凝土材料动态本构模型3 刘海峰1,233 宁建国1 (1北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室,北京,100081)(2宁夏大学土木与水利工程学院,银川,750021) 摘 要 基于混凝土强冲击荷载作用下的实验研究,以修正Ottosen四参数破坏准则为流动法则,引入损伤,构造了一个塑性与损伤相耦合的动态本构模型用于描述混凝土材料的冲击特性.在该模型中,考虑了引起混凝土材料弱化的两种不同的损伤机制:拉伸损伤和压缩损伤.其中,拉伸损伤是由微裂纹的张开和扩展引起的,通过拉伸应变来控制;压缩损伤相关于微空洞体积分数比的演化,并通过微空洞塌陷引起的压缩应变来控制,由此压缩损伤和拉伸损伤就完全耦合了.通过模型计算模拟结果与实验结果比较发现,随着冲击速度的提高,混凝土的峰值应力显著增加,即混凝土材料的承载能力增大,同时混凝土内部产生显著的塑性变形.模拟曲线与实验曲线拟合良好,因而可以用该模型模拟混凝土材料在强冲击荷载下的动态特性. 关键词 混凝土,轻气炮,冲击特性,动态本构模型 0 引言 混凝土是目前工业与民用建筑中最常用的结构工程材料,已经被广泛地应用于高层建筑物,长跨桥,大坝,水电站,隧道和码头等.这些混凝土结构在其工作过程中除了承受正常的设计载荷外,往往还要承受诸如爆炸,冲击和撞击等动载荷.为了更好地设计和分析这些混凝土结构,必须对混凝土材料在冲击载荷作用下的力学性能及其本构特性进行研究. 目前,人们对混凝土材料的动态力学性能已经有了比较深刻的认识和研究,对其动态本构特性也做了许多研究工作.Wat stein[1]利用落锤装置进行了混凝土材料的动态力学性能实验,由于落锤本身的惯性,所测得的实验结果很难确保是材料动态性能的真实反应;Bischoff[2]和胡时胜等[3]利用SHPB 压杆对混凝土的动态力学性能进行了实验研究;商霖等[4,5]利用SH PB压杆和轻气炮动力实验装置分别对混凝土材料和钢筋混凝土材料在冲击荷载作用下的力学性能进行了系统深入的研究.混凝土材料动态本构模型是研究其在爆炸或冲击荷载作用下损伤破坏机理,应力波的传播规律和衰减规律,结构破坏效应等的理论基础.基于对混凝土材料变形机理的分析,混凝土材料动态本构模型分为粘塑性本构模型[6,7]和损伤型本构模型[8,9],但由于缺乏对混凝土材料在冲击荷载作用下破坏机理的全面认识,因此至今仍未有一种大家普遍接受的本构模型.为了更好地描述冲击荷载作用下混凝土材料的动态响应特性,商霖等[4,5]在理想各向同性的粘弹性本构关系的基础上,引入损伤,分别建立混凝土材料和钢筋混凝土材料的动态本构模型,但没有将定义的损伤与材料的微观损伤机制联系起来;宁建国等[10]提出了一个塑性与损伤相耦合的动态本构模型,在该模型中,认为拉伸损伤是由微裂纹的张开和扩展引起的;压缩损伤由微孔洞的塌陷引起,通过混凝土材料的塑性体应变控制,但并没有将这两种损伤有效的耦合起来. 本文基于损伤与塑性耦合理论,以修正的Otto sen四参数破坏准则为屈服法则,引入损伤,构造了一个动态本构模型用于描述混凝土材料的冲击特性,利用该模型对混凝土材料在强冲击荷载作用下的冲击特性进行数值模拟,并将该模型的预测曲线与宁建国等[10]提出的本构模型的预测曲线及实验结果进行比较,结果表明:模型预示结果无论在变形趋势上,还是数值精度上都与实验结果符合得很好. 3 33国家自然科学基金项目(10625208,10572024)资助. 2007209225收到第1稿,2008204204收到修改稿. 通信作者. Tel:010*********, E2mail:liuhaifeng1557@https://www.doczj.com/doc/433851761.html,.
挂车车桥与悬挂设计 1 绪论 1.1汽车挂车的应用状况和发展趋势 随着汽车技术和公路网络的飞速发展，公路货运量逐年增加，物流与运输行业对汽车运输经济性、高效性提出了更高的要求，挂车运输是一种行之有效的解决方案。挂车运输具有可以增加牵引车有效工作时间、提高运输效率、促进多式联运发展和区域物流合作等优点，并且有利于节约社会资源、节能减排，是一种对运输设备进行科学组织的先进管理模式。 1.2 挂车车桥与悬挂的结构组成和功能原理 车桥及悬挂是汽车挂车的重要组成部分。车桥通过悬挂和车架相连，它的两端安装车轮，其功用是传递车架与车轮之间各方向的作用力及其力矩，根据悬挂结构的不同，车桥分为整体式和断开式两种；根据前梁形状的不同，又可分为工字形断面和圆管形断面车桥，工字形断面车桥目前使用最广泛，它的强度大，形状易于满足总布置上的要求[1]。 悬挂是汽车车架与车桥之间一切传力连接装置的总称，它的功用是把路面作用于车轮上的垂直反力、纵向反力和侧向反力以及这些反力所造成的力矩都要传递到车架上，以保证汽车的正常行驶。汽车悬挂一般由弹性元件、减振器和导向机构三部分组成，它分为非独立悬挂和独立悬挂两大类[2]。 非独立悬挂弹性元件又可分为钢板弹簧、螺旋弹簧、空气弹簧、油气弹簧，采用螺旋弹簧、空气弹簧、油气弹簧时需要有较复杂的导向机构。而采用钢板弹簧时，由于钢板弹簧本身可兼起导向机构的作用，并有一定的减振作用，因而使得悬挂结构大为简化，因此目前汽车挂车通常采用钢板弹簧非独立悬挂并配以整体式工字形断面车桥[3]。 1.3 挂车车桥与悬挂的设计要求 1.3.1挂车车桥设计的要求 （1）车桥应有足够的强度和刚度[4]，可靠地承受车轮与车架之间的作用力。 （2）保证主销和转向轮有正确的定位角度，使转向轮运动稳定，并使转向轮的定位角度保持不变。 （3）转向轮的摆振应最小。 （4）非悬挂重量尽可能小。 1.3.2挂车悬挂设计的要求 （1）保证挂车有良好的行驶平顺性。 （2）具有合适的衰减振动的能力。 （3）挂车制动或加速时，要保证车身稳定，减少车身纵倾，转弯时车身侧倾角要合