开合屋盖结构的碰撞响应及耗能分析

论文摘要

开合屋盖结构是一种崭新的结构形式,移动屋盖结构的实现是把一个完整的屋顶结构按照一定的规律划分成几个可动和固定单元,采用适当的机械技术,使可动单元能够按照预期的轨迹移动达到屋顶开合的目的。由于开合屋盖结构自身结构形式的特殊性,与传统的结构形式相比,其最大的特点是结构存在运动状态。开合移动方式越复杂,碰撞事故概率越大。本论文通过对大型复杂开合屋盖体系的碰撞机理,耗能原理及碰撞过程中屋盖结构单元的反应等方面的研究,开发合理有效地吸能装置。本论文针对不同壁厚和不同开口方向的金属圆管,受到轴向和径向冲击时,采用ANSYS/LS DYNA进行分析,对比金属圆管受到撞击时的变形模式,吸能大小及冲击力大小等特性。结合Alexander模型,求得轴向压缩过程中的平均压缩载荷,其值比有限元分析结果略低。结合径向冲量作用下圆筒壳的临界屈曲冲量和临界速度理论,研究径向冲击作用下的金属圆管吸能特性。大型开合屋盖体系的碰撞一般可分为两类:屋盖单元的碰撞和屋盖单元与固定物的碰撞。本章以日本海洋穹顶为例,采用ANSYS进行静力验证。并参照水平速度v=10m/min,采用ANSYS/LS DYNA分析两运动屋盖发生碰撞的反应特性。结合被动性防护方法,在网架上弦碰撞接触面安装耗能构件-250×4mm和250×2mm的金属圆管,将采用和不采用耗能构件的研究结果进行比较,得出了定性的结论。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 开合结构的发展历史及研究现状
• 1.2 移动屋盖结构的开合方式
• 1.3 开合屋盖结构的特点及设计中需要特别考虑的几个问题
• 1.3.1 固定屋盖部分和支承体系形式的确定
• 1.3.2 轨道系统的选取
• 1.3.3 机械驱动系统地实现
• 1.3.4 荷载与状态
• 1.4 开合结构亟待解决的问题
• 1.5 本论文研究的内容及意义
• 第二章 金属管轴向冲击吸能特性
• 2.1 概述
• 2.2 金属圆管典型破坏模式和能量吸收理论模型
• 2.3 金属圆管受到轴向撞击时的吸能特性
• 2.4 本章小节
• 第三章 金属管径向冲击吸能特性
• 3.1 有限元分析圆管受到径向撞击时的吸能特性
• 3.2 中间挖孔圆管径向撞击吸能特性
• 3.3 本章小节
• 第四章 开合屋盖碰撞响应数值分析
• 4.1 工程计算模型及荷载取值
• 4.2 未加消能装置的运动屋盖碰撞响应
• 4.3 安装消能装置的运动屋盖碰撞响应
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢