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結構在靜動力荷載作用下的試驗與數值模擬 版權信息
- ISBN：9787030717016
- 條形碼：9787030717016 ; 978-7-03-071701-6
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
結構在靜動力荷載作用下的試驗與數值模擬 內容簡介
在基礎型人才、學術型人才和應用型人才的培養階段，力學試驗和數值模擬是兩個很重要、很基本的方法和手段。本書從土木工程、材料科學和工程等領域涉及的靜態拉伸壓縮試驗、霍普金森桿試驗、激波管沖擊試驗以及接觸爆炸試驗等四個重要內容入手，較詳細地闡述了這四個方面的力學試驗及其對應的數值模擬過程，為學習相應的力學試驗和數值模擬的讀者提供借鑒。
結構在靜動力荷載作用下的試驗與數值模擬 目錄
目錄
第1章 鋁管擬靜態壓縮試驗與數值模擬 1
1.1 鋁管擬靜態壓縮試驗 1
1.1.1 試驗概況 1
1.1.2 試驗結果 9
1.2 鋁管擬靜態壓縮數值模擬 10
1.2.1 模型構建 10
1.2.2 ANSYS源程序分析 34
1.2.3 修改k文件 37
1.2.4 ANSYS求解 42
1.2.5 LS-DYNA后處理 43
第2章 金屬管壓潰型消能件擬靜態拉伸試驗與數值模擬 45
2.1 金屬管壓潰型消能件擬靜態拉伸試驗 46
2.1.1 試驗概況 46
2.1.2 試驗結果 54
2.2 金屬管壓潰型消能件擬靜態拉伸數值模擬 55
2.2.1 建模分析 55
2.2.2 求解步驟 55
2.2.3 ANSYS源程序分析 86
2.2.4 修改k文件 97
2.2.5 ANSYS求解 102
2.2.6 LS-DYNA后處理 103
第3章 霍普金森壓桿沖擊鋼管鋼纖維高強混凝土的試驗與數值模擬 106
3.1 霍普金森壓桿沖擊鋼管鋼纖維高強混凝土的試驗 106
3.1.1 霍普金森壓桿簡介 106
3.1.2 問題描述與試驗規程 106
3.1.3 試驗準備 115
3.1.4 試驗原理及問題分析 115
3.1.5 結果與分析 117
3.2 霍普金森壓桿沖擊壓縮鋼管鋼纖維高強混凝土的數值模擬 119
3.2.1 建模分析 119
3.2.2 求解步驟 119
3.2.3 ANSYS源程序分析 139
3.2.4 修改k文件 144
3.2.5 ANSYS求解 152
3.2.6 LS-DYNA后處理 153
第4章 鋼板在沖擊波荷載作用下的試驗與數值模擬 155
4.1 鋼板在沖擊波荷載作用下的試驗 155
4.1.1 激波管試驗設備 155
4.1.2 試件固定裝置 156
4.1.3 數據采集設備 156
4.1.4 試驗結果分析 159
4.2 鋼板在沖擊波荷載作用下的數值模擬 161
4.2.1 建模分析 161
4.2.2 求解步驟 161
4.2.3 ANSYS源程序分析 174
4.2.4 修改k文件 177
4.2.5 ANSYS求解 182
4.2.6 LS-DYNA后處理 184
4.3 試驗與數值模擬結果對比 185
4.3.1 變形對比 185
4.3.2 應變分析 186
第5章 鋼筋混凝土板在接觸爆炸作用下的試驗與數值模擬 188
5.1 鋼筋混凝土板的接觸爆炸試驗 188
5.1.1 鋼筋混凝土板試件的制作 188
5.1.2 試驗裝置 188
5.1.3 爆炸測試結果及分析 189
5.2 鋼筋混凝土板接觸爆炸的數值模擬 190
5.2.1 建模分析 190
5.2.2 求解步驟 190
5.2.3 ANSYS源程序分析 224
5.2.4 修改k文件 234
5.2.5 ANSYS求解 245
5.2.6 LS-DYNA后處理 246
5.3 試驗與數值模擬結果對比 247
5.3.1 爆坑形狀對比 247
5.3.2 損傷面積對比 248
參考文獻 250
第1章 鋁管擬靜態壓縮試驗與數值模擬 1
1.1 鋁管擬靜態壓縮試驗 1
1.1.1 試驗概況 1
1.1.2 試驗結果 9
1.2 鋁管擬靜態壓縮數值模擬 10
1.2.1 模型構建 10
1.2.2 ANSYS源程序分析 34
1.2.3 修改k文件 37
1.2.4 ANSYS求解 42
1.2.5 LS-DYNA后處理 43
第2章 金屬管壓潰型消能件擬靜態拉伸試驗與數值模擬 45
2.1 金屬管壓潰型消能件擬靜態拉伸試驗 46
2.1.1 試驗概況 46
2.1.2 試驗結果 54
2.2 金屬管壓潰型消能件擬靜態拉伸數值模擬 55
2.2.1 建模分析 55
2.2.2 求解步驟 55
2.2.3 ANSYS源程序分析 86
2.2.4 修改k文件 97
2.2.5 ANSYS求解 102
2.2.6 LS-DYNA后處理 103
第3章 霍普金森壓桿沖擊鋼管鋼纖維高強混凝土的試驗與數值模擬 106
3.1 霍普金森壓桿沖擊鋼管鋼纖維高強混凝土的試驗 106
3.1.1 霍普金森壓桿簡介 106
3.1.2 問題描述與試驗規程 106
3.1.3 試驗準備 115
3.1.4 試驗原理及問題分析 115
3.1.5 結果與分析 117
3.2 霍普金森壓桿沖擊壓縮鋼管鋼纖維高強混凝土的數值模擬 119
3.2.1 建模分析 119
3.2.2 求解步驟 119
3.2.3 ANSYS源程序分析 139
3.2.4 修改k文件 144
3.2.5 ANSYS求解 152
3.2.6 LS-DYNA后處理 153
第4章 鋼板在沖擊波荷載作用下的試驗與數值模擬 155
4.1 鋼板在沖擊波荷載作用下的試驗 155
4.1.1 激波管試驗設備 155
4.1.2 試件固定裝置 156
4.1.3 數據采集設備 156
4.1.4 試驗結果分析 159
4.2 鋼板在沖擊波荷載作用下的數值模擬 161
4.2.1 建模分析 161
4.2.2 求解步驟 161
4.2.3 ANSYS源程序分析 174
4.2.4 修改k文件 177
4.2.5 ANSYS求解 182
4.2.6 LS-DYNA后處理 184
4.3 試驗與數值模擬結果對比 185
4.3.1 變形對比 185
4.3.2 應變分析 186
第5章 鋼筋混凝土板在接觸爆炸作用下的試驗與數值模擬 188
5.1 鋼筋混凝土板的接觸爆炸試驗 188
5.1.1 鋼筋混凝土板試件的制作 188
5.1.2 試驗裝置 188
5.1.3 爆炸測試結果及分析 189
5.2 鋼筋混凝土板接觸爆炸的數值模擬 190
5.2.1 建模分析 190
5.2.2 求解步驟 190
5.2.3 ANSYS源程序分析 224
5.2.4 修改k文件 234
5.2.5 ANSYS求解 245
5.2.6 LS-DYNA后處理 246
5.3 試驗與數值模擬結果對比 247
5.3.1 爆坑形狀對比 247
5.3.2 損傷面積對比 248
參考文獻 250
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結構在靜動力荷載作用下的試驗與數值模擬 節選
第1章 鋁管擬靜態壓縮試驗與數值模擬 薄壁金屬管制成的耗能結構在汽車工程、防護工程等領域得到了廣泛的應用。根據材料和幾何尺寸的不同，薄壁金屬圓管在軸向壓縮荷載作用下會出現以下幾種不同模式的失效：軸對稱壓潰模式（圓環模式）、非軸對稱壓潰模式（鉆石模式）、混合模式、歐拉模式以及其他模式。其中，長度較短且壁厚較大的薄壁圓管常出現軸對稱壓潰模式，而長度較長且壁厚較小的薄壁圓管常出現非軸對稱壓潰模式（余同希和盧國興，2006）。本章進行鋁管擬靜態壓縮試驗與數值模擬，相關研究成果可為薄壁金屬圓管制成的耗能結構在工程中的應用提供參考。 1.1 鋁管擬靜態壓縮試驗 1.1.1 試驗概況 1. 試驗設備 鋁管擬靜態壓縮試驗在WAW-1000kN萬能試驗機上進行，如圖?1-1?所示。WAW-1000kN萬能試驗機采用油缸下置式主機，可用于金屬材料或非金屬材料的拉伸、壓縮、彎曲和剪切試驗，其*大量程可達到1000kN，具有測試精準、操作方便、穩定可靠等優點（許吉信，2010）。 圖1-1 WAW-1000kN萬能試驗機 WAW-1000kN萬能試驗機主要由液壓加載系統、傳動控制系統、測量系統和計算機顯示系統等組成。 1）液壓加載系統 液壓加載系統為試驗機主機，主要由上橫梁、立柱、絲桿、移動橫梁、底座、同步帶、油缸、活塞和油源控制柜等組成。WAW-1000kN萬能試驗機是六立柱結構（四立柱和兩絲桿），上橫梁、移動橫梁、立柱、絲桿安裝在底座上構成一個門式框架（圖?1-2），滾珠絲桿固定在底座和上橫梁之間。 油源控制柜是液壓加載系統的主要動力來源，主要由電動機電源開關、電動機開按鈕、電動機停按鈕、送油閥、回油閥和油管構成，如圖1-3所示。高壓油泵封裝在油源控制柜中，電動機開按鈕、電動機停按鈕和電動機電源開關安裝在油源控制柜正面。送油閥可使油泵輸出的油送到試驗機油缸內，同時也可控制荷載加載的速度；回油閥可卸除荷載，并使試驗機油缸內的油回到油泵內。 圖1-2 試驗機門式框架結構 圖1-3 油源控制柜 油缸和活塞是試驗機主機的重要組成部分，如圖1-4所示。油缸和活塞之間的配合間隙和油膜可使活塞自由移動，當油泵打來的高壓油進入油缸后，活塞連同上橫梁和試驗臺上升，使荷載作用在試件上。WAW-1000kN萬能試驗機有上下兩個試驗空間，在試驗機的上空間可進行拉伸試驗，在試驗機的下空間可進行壓彎試驗。上橫梁和移動橫梁設有內置式液壓控制的楔形夾緊鉗口，試驗機配有V形和平面型夾頭用于夾緊圓柱試樣和平板試樣進行拉伸試驗；移動橫梁底端配有壓頭，試驗臺底座上設有帶球面副的壓座，可直接進行壓縮試驗。 圖1-4 油缸和活塞 2）傳動控制系統 傳動控制系統主要由控制器、手動控制盒、控制微機（顯示器和主機）和控制軟件組成，如圖1-5所示。控制部分的主要功能是控制試驗機的加載方式、加載速度、各種數據的采集和處理、橫梁移動的方向等。 圖1-5 傳動控制系統 WAW-1000kN萬能試驗機的試驗控制由手動控制盒和控制微機實現。手動控制盒通過數據連線實現萬能試驗機的遠程控制，手動控制盒共有五個按鈕，用來控制夾頭狀態和橫梁升降：夾頭狀態按鈕夾緊時為工作狀態，松開時為停止狀態，點按夾頭狀態按鈕后再點按上夾頭或下夾頭按鈕可控制夾頭狀態；橫梁控制按鈕有橫梁升和橫梁降兩個按鈕，可用來控制移動橫梁的升降。 WAW-1000kN萬能試驗機的計算機控制通過控制器和控制軟件實現，可以控制移動橫梁的升降，實現試驗過程的開環和閉環控制，以及試驗數據和曲線的實時記錄和保存。控制軟件的操作界面可大致分為力和變形顯示板、位移顯示板、曲線板、數據板及控制板等部分，如圖1-6所示。 3）測量系統 測量系統主要由力傳感器、拉線式光電編碼器、放大器、模擬/數字（A/D）轉換器和接口電路組成。加載過程中，裝在工作臺和活塞之間的力傳感器可以把機器負荷的荷載變化信號轉化為電信號，電信號經放大器放大后通過A/D轉換器輸入計算機；橫梁位移信號通過安裝在底座與工作臺之間的拉線式光電編碼器獲得，拉線式光電編碼器將橫梁位移轉化為編碼器的脈沖輸出，脈沖信號經過整形后輸入計算機。 圖1-6 控制軟件的操作界面 4）計算機顯示系統 計算機顯示系統主要由計算機主機和顯示器組成。試驗過程中的荷載、位移和變形信號經A/D轉換器處理后可在試驗軟件繪圖板塊中實時動態顯示，試驗結束后可在結果輸出板塊選擇需要輸出的數據和曲線。 2. 試件和試驗參數 鋁管擬靜態壓縮試驗和數值模擬設置如下：壓板的尺寸為100mm×100mm×20mm；鋁管的外徑和內徑分別為80mm和78mm，長度為100mm，材質為6063-T5型鋁合金，屈服強度為176.45MPa，極限強度為232.48MPa，泊松比為0.3；壓板水平放置，鋁管鉛垂放置于壓板的中心位置，另一端固定，如圖1-7所示。鋁管擬靜態壓縮試驗在WAW-1000kN萬能試驗機上進行，壓縮速率為20mm/min，試驗數據由試驗機配套的軟件處理和記錄。 圖1-7 鋁管壓縮模型示意圖 3. 試驗步驟 1）啟動試驗機 （1）確認試驗機主機、計算機系統等電纜連接正確。 （2）旋轉油源控制柜電源開關，打開控制器開關，啟動試驗機。 （3）打開計算機顯示器和主機開關，雙擊“MaxTest”圖標，啟動試驗機控制程序，如圖1-8所示。 圖1-8 啟動試驗機控制程序 2）試驗方案選擇和試驗參數錄入 （1）單擊菜單欄中數據板右側的倒三角圖標，在彈出的試驗方案菜單中單擊“金屬材料壓縮試驗（GB7314-87*）”試驗方案，如圖1-9所示。 圖1-9 試驗方案選擇 （2）在“控制板”區域點選“位移”選項，在“位移mm/min”選擇區中單擊選中20，“速度”即自動更新為20.0mm/min，如圖1-10所示。 圖1-10 加載方案設置 3）夾裝試件 將鋁管試件安放在壓座中央，然后通過手動控制器將移動橫梁移動至合適的位置，直至“力和變形顯示板”中剛好有荷載出現，如圖1-11所示。 圖1-11 “力和變形顯示板”剛好出現荷載
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