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1、分类号： 单位代码：10019 密 级： 学 号：S11101142学位论文受冲击钢管混凝土柱动力屈曲 性能研究Research on Dynamic Buckling of Concrete Filled Steel Tube under Axial Impact研究生： 指导教师： 合 作 指 导 教师： 申请学位门类级 别： 工学硕士 专业名称： 结构工程 研究方向： 结构性能与设计 所在学院： 水利与土木工程学院 2013 年 5 月独 创 性 声 明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人
2、已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名： 时间： 年 月 日关于论文使用授权的说明本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。(保密的学位论文在解密后应遵守此协议保密的学位论文在解密后应遵守此协议)研究生签名： 时间： 年 月 日导师签名： 时间：
3、 年 月 日摘要本文利用 ABAQUS/Explicit 模拟了刚体轴向撞击圆截面钢管混凝土杆的过程，分析了杆的动力响应，并研究了各种因素对冲击荷载、接触时间等的影响。引入初始缺陷，分析冲击荷载作用下杆的动力屈曲，给出了判断动力屈曲的准则，并分析了各因素对弹塑性杆动力屈曲的影响。此外，对应力波在钢管混凝土中的传播过程进行了分析，并与理论值进行了比较。引入第二强度理论分析核心混凝土破坏情况，以及分析比较了钢混界面的位移差。最后通过落锤撞击实验来研究动力屈曲的过程及特点，得到的主要结论如下：(1) 在刚体冲击下，应力波在钢管中传播速度快于在混凝土中，传播速度值与理论值基本上符合。但考虑波在两种材料
4、中的传递过程及影响，不能单纯视作在各自材料中的传播效应。(2) 考虑弹性本构时，接触时间随着冲击速度的增加线性减少，冲击荷载峰值随着速度的增加线性增加。弹性杆的最大冲击荷载峰值远大于弹塑性杆的荷载峰值，且弹塑性杆的接触时间明显比弹性杆的要长。随着杆长的增大，冲击荷载最大峰值逐渐减小，接触时间明显增长，且弹塑性杆的接触时间明显比弹性杆的接触时间要长。随着质量比的增大，冲击荷载最大峰值逐渐减小，接触时间逐渐减小。当质量比 0.1 时，出现二次撞击。(3) 弹塑性杆的动力屈曲主要发生在局部位置，弹性杆的动力屈曲是发生在全杆范围内的。相同的冲击速度下，弹性杆的动力临界屈曲时间早于弹塑性杆。(4) 考虑
5、有限边界时，弹性杆的动力屈曲发生的时间均比考虑有限边界长。弹塑性杆的动力屈曲时间几乎不变。关键词：关键词：弹塑性，应力波，冲击荷载，接触时间，动力屈曲IAbstractAbstractIn this paper, by using finite element software ABAQUS/Explicit, the process of a rigid body impacting a concrete filled steel tubular column with circular cross-section axially was simulated. The dynamic res
6、ponse of the bar was analyzed with the studying of the influence caused by various factors, like impact load, contact time and so forth. By introducing initial defects, the dynamic buckling of the elastic-plastic bar was analyzed under the impact load. Besides, the dynamic buckling judgment criterio
7、n was given with the effect analysis of dynamic buckling caused by various factors. In addition, the second strength theory was adopted to analyze concrete destruction and displacement between steel tube and concrete. Finally the dynamic buckling process and characteristics were studied by drop-hamm
8、er impact tests. The main conclusions are as follows:1. Under the rigid impact, stress wave travel faster in the steel tube than concrete and its value can fit theoretical value better.2. Considering the elastic bar, contact time would decrease linearly with the increasing of impact velocity, and th
9、e peak of impact load would increases with the impact velocity increase. The peak of contact time of the elastic bar is considerably larger than the elastic-plastic one and its contact time was also obviously longer. As the bar length increase, the peak of impact load reduced gradually with the cont
10、act time grows. Moreover, contact time of the elastic-plastic bar was significantly longer than the elastic one. Besides, with the increase of mass ratio, the peak of impact load decrease gradually with the contact time. When mass ratio less than or equal to 0.1, secondary collision would occur.3. A
11、s to the elastic bar, the deformation appeared in the whole bar, and as for the elastic-plastic bar, the deformation occurred locality. Under the initial axial impact load, dynamic buckling critical time of the elastic bar would occur earlier than the elastic-plastic one.4. Given infinite boundary,
12、the dynamic buckling critical time of the elastic bar was longer than the elastic-plastic one. Key words: elastic-plastic, stress wave, impact load, contact time, dynamic buckling II目录第一章 绪论 .11.1 研究目的及意义.1 1.2 国内外研究现状.2 1.3 研究内容和方法.6第二章 动力屈曲理论研究基础及弹性碰撞的解析解.82.1 材料定义.8 2.2 弹塑性应力波动理论.11 2.3 杆自由端点弹性碰撞的解析解.12 2.4 本章小结.16第三章 弹塑性钢管混凝土柱的冲击动力响应.173.1 模型的建立.17 3.2 应力波在弹性直杆中传递过程分析对比.18 3.3 碰撞过程中的能量分析.
