钢柱抗爆响应分析单自由度模型适用性评估

李月强 衣娜 席丰

李月强, 衣娜, 席丰. 钢柱抗爆响应分析单自由度模型适用性评估[J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(5): 957-963. doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0957-07
引用本文: 李月强, 衣娜, 席丰. 钢柱抗爆响应分析单自由度模型适用性评估[J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(5): 957-963. doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0957-07
Li Yueqiang, Yi Na, Xi Feng. Assessment on single degree of freedom modelin steel column analysis of anti-detonation[J]. Explosion And Shock Waves, 2017, 37(5): 957-963. doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0957-07
Citation: Li Yueqiang, Yi Na, Xi Feng. Assessment on single degree of freedom modelin steel column analysis of anti-detonation[J]. Explosion And Shock Waves, 2017, 37(5): 957-963. doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0957-07

钢柱抗爆响应分析单自由度模型适用性评估

doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0957-07
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11272189

详细信息
    作者简介:

    李月强(1986—),男,硕士研究生

    通讯作者:

    席丰, xifeng@sdjzu.edu.cn

  • 中图分类号: O342;TU391

Assessment on single degree of freedom modelin steel column analysis of anti-detonation

  • 摘要: 为评估单自由度(SDOF)模型在结构抗爆设计中的适用性,分别采用SDOF模型和通用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对简支钢柱承受爆炸荷载时的动力响应进行模拟;对比二者计算结果,并以有限元模拟为准,分析SDOF模型的适用范围。研究表明:可按照自由振动阶段SDOF模型位移结果的振幅大小,将其位移响应划分为有限变形阶段、临界阶段、失稳破坏阶段,有限变形阶段SDOF模型与有限元结果基本一致;截面高宽比、翼缘宽厚比对钢柱动力破坏形式有重要影响,高宽比越大、翼缘的宽厚比越小,越容易发生平面外弯扭失稳;在SDOF模型中通过假定塑性铰分布长度计算塑性阶段应变及应变率,采用随时间变化的应变率计算Cowper-Symonds本构关系中的应力放大系数是可行的。
  • 图  1  梁-柱构件及其SDOF模型

    Figure  1.  Beam-column and SDOF model

    图  2  荷载曲线

    Figure  2.  Load curve

    图  3  柱中点位移曲线

    Figure  3.  Mid-span displacement curves

    图  4  梁-柱失稳破坏模式

    Figure  4.  Buckling failure mode of beam-column

    图  5  截面边缘压应变曲线

    Figure  5.  Mid-span compression strain curves

    图  6  截面边缘应变率曲线

    Figure  6.  Mid-span strain rate curves

    表  1  柱中点挠度

    Table  1.   Mid-span displacements

    $\frac{p}{{{p_0}}}$ ymax/mm Δymax
    /mm
    ymin/mm Δymin
    /mm
    ymax/mm Δymax
    /mm
    ymin/mm Δymin
    /mm
    ymax/mm Δymax
    /mm
    ymin/mm Δymin
    /mm
    SDOF DYNA SDOF DYNA SDOF DYNA SDOF DYNA SDOF DYNA SDOF DYNA
    HM150×100 HW150×150 HN200×100
    0.5 11 11 0 -11 -11 0 10 11 -1 -10 -11 1 7 8 -1 -7 -8 1
    1.0 22 22 0 -26 -23 -3 21 22 -1 -23 -22 -1 15 16 -1 -18 -16 -2
    2.0 46 48 -2 -7 -19 12 44 46 -2 -7 -19 12 32 34 -2 -8 -18 10
    3.0 82 87 -5 39 27 12 77 81 -4 33 21 12 55 58 -3 18 7 11
    4.0 139 149 -10 111 108 3 127 137 -10 94 87 7 89 93 -4 56 46 10
    4.5 185 * 170 *
    5.0 * * * * * * 220 240 -20 214 231 -17 141 142 -1 116 103 13
    5.1 * * * * * * * * * * * *
    6.0 * * * * * * * * * * * * 215 * 200 *
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    表  2  柱中点截面边缘压应变

    Table  2.   Mid-span compression strains

    $\frac{p}{{{p_0}}}$ εmax/10-4 Δεmax
    /10-4
    εmin/10-4 Δεmin
    /10-4
    εmax/10-4 Δεmax
    /10-4
    εmin/10-4 Δεmin
    /10-4
    εmax/10-4 Δεmax
    /10-4
    εmin/10-4 Δεmin
    /10-4
    SDOF DYNA SDOF DYNA SDOF DYNA SDOF DYNA SDOF DYNA SDOF DYNA
    HM150×100 HW150×150 HN200×100
    0.5 9 13 -4 -9 -5 -4 8 12 -4 -8 -4 -4 8 12 -4 -8 -4 -4
    1.0 18 22 -4 -20 -14 -6 18 21 -3 -17 -13 -4 17 21 -4 -18 -13 -5
    2.0 67 69 -2 25 20 5 63 69 -6 22 19 3 50 60 -10 8 5 3
    3.0 184 181 3 152 137 15 168 178 -10 134 134 0 127 147 -20 89 96 -7
    4.0 374 377 -3 351 350 1 339 362 -23 313 326 -13 239 263 -24 205 216 -11
    5.0 * * * * * * 655 1069 -414 650 1060 -410 406 444 -38 380 405 -25
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    表  3  柱中点截面最大应变率

    Table  3.   Mid-span maximum strain rates

    $\frac{p}{{{p_0}}}$ $\dot \varepsilon $max/s-1 Δ$\dot \varepsilon $max/s-1 $\dot \varepsilon $max/s-1 Δ$\dot \varepsilon $max/s-1 $\dot \varepsilon $max/s-1 Δ$\dot \varepsilon $max/s-1
    SDOF DYNA SDOF DYNA SDOF DYNA
    HM150×100 HW150×150 HN200×100
    1.0 1.21 0.02 1.19 1.84 0.02 1.82 1.06 0.01 1.05
    2.0 3.08 3.16 -0.08 2.94 3.00 -0.06 2.81 2.80 0.01
    3.0 6.22 7.00 -0.78 6.11 7.23 -1.12 5.59 7.91 -2.32
    4.0 8.53 9.63 -1.10 8.34 10.2 -1.86 7.57 12.00 -4.43
    5.0 10.85 11.9 -1.05 10.70 12.6 -1.90 9.84 14.10 -4.26
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-01-11
  • 修回日期:  2016-05-28
  • 刊出日期:  2017-09-25

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