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1、承受冲击载荷的防护结构承受冲击载荷的防护结构模型设计与制作模型设计与制作 承受冲击载荷的防护结构承受冲击载荷的防护结构模型设计与制作模型设计与制作 1. 受冲击的防护结构受冲击的防护结构 2. 设计方案的制定设计方案的制定 3. 计算书的编制计算书的编制 4. 防护结构的计算防护结构的计算 制作由汪老师介绍制作由汪老师介绍 （廖力）（廖力） 1. 受冲击的防护结构受冲击的防护结构 工程中有大量的结构受冲击载荷作用，受冲击的防护工程中有大量的结构受冲击载荷作用，受冲击的防护结构的设计与计算具有重要意义。结构的设计与计算具有重要意义。 如：靠近山体的建筑受滚石的冲击；如：靠近山体的建筑受滚石的冲击
2、； 汽车的碰撞、冲击；汽车的碰撞、冲击； 坦克、舰船受攻击导弹的冲击；坦克、舰船受攻击导弹的冲击； 太空飞船受其它飞行物体的冲击；太空飞船受其它飞行物体的冲击； 手机坠落地面受到的冲击；手机坠落地面受到的冲击； 跳高落地受到的冲击；等。跳高落地受到的冲击；等。：称为动荷系数称为动荷系数 线弹性：线弹性：P stPh dPd自由落体：由能量守恒自由落体：由能量守恒 1. 受冲击的防护结构受冲击的防护结构 受冲击载荷作用的结构，其承载能力与结构的强度和刚受冲击载荷作用的结构，其承载能力与结构的强度和刚度密切相关。度密切相关。 代表受冲击结构的刚度代表受冲击结构的刚度因此刚度大的结构，受到的冲击力也
3、较大。因此刚度大的结构，受到的冲击力也较大。例：例：P=150KN, h=75mm, l=1m,E=200GPa 截面正方形边长截面正方形边长b=50mm, 求求: dmax=?1)A、B处铰支处铰支; 2)A处弹簧，刚度处弹簧，刚度k=50N/mm.例：例： 1)A、B处铰支处铰支; 2)A处弹簧，处弹簧，B处铰支处铰支; 2. 设计方案的制定设计方案的制定 1、根据、根据使用要求使用要求，确定结构形式，和结构布局。，确定结构形式，和结构布局。防护结构示意图防护结构示意图 2. 设计方案的制定设计方案的制定 1、根据、根据使用要求使用要求，确定结构形式，和结构布局。，确定结构形式，和结构布局
4、。小球竖向冲击试验小球竖向冲击试验 大球竖向冲击试验大球竖向冲击试验 2. 2. 设计方案的制定设计方案的制定修改设计修改设计 1、根据、根据使用要求使用要求，确定结构形式，和结构布局。，确定结构形式，和结构布局。初步设计：初步设计： 结构计算结构计算 3、绘制结构设计图绘制结构设计图 平面图、侧视图，结构几何尺寸，主要构件截面几何平面图、侧视图，结构几何尺寸，主要构件截面几何尺寸。尺寸。2、根据使用载荷，粗略的估算主要构件截面的尺寸，、根据使用载荷，粗略的估算主要构件截面的尺寸，进行初步设计。进行初步设计。2. 2. 设计方案的制定设计方案的制定 4、材料表包括：各种截面形式的材料数量，以及
5、估算、材料表包括：各种截面形式的材料数量，以及估算的模型重量。的模型重量。（竹材每立方厘米重约为（竹材每立方厘米重约为1.5克）克） 例：例：2号杆号杆截面截面6mm8mm长度度200mm根数根数1 2 “结构设计大赛结构设计大赛”，强调的是，强调的是设计设计，而，而不仅仅是动手能力的比赛。不仅仅是动手能力的比赛。 计算书是结构设计的依据计算书是结构设计的依据，通过对，通过对主要主要受力构件受力构件的计算，得出结构的的计算，得出结构的承载力和刚承载力和刚度度，解决好材料的用量与安全性间的矛盾。，解决好材料的用量与安全性间的矛盾。3. 3. 计算书的编制计算书的编制计算书主要包括以下内容：计算书
6、主要包括以下内容：一、结构的计算简图一、结构的计算简图二、材料的力学性能二、材料的力学性能三、主要承载构件的强度，刚度，稳定性三、主要承载构件的强度，刚度，稳定性 3. 3. 计算书的编制计算书的编制3. 3. 计算书的编制计算书的编制一、一、计算简图（计算模型）：计算简图（计算模型）： 结构的结构的几何尺寸几何尺寸，约束约束的情况，的情况，载荷载荷的大小、方向及作用位置，载荷的计算的大小、方向及作用位置，载荷的计算方法等，主要受力构件（如：立柱、梁、方法等，主要受力构件（如：立柱、梁、板等）的板等）的横截面形状、尺寸横截面形状、尺寸，所使用的，所使用的材料材料等。等。 3. 3. 计算书的编
7、制计算书的编制二、材料的力学性能二、材料的力学性能 根据实验资料（具有离散性）确根据实验资料（具有离散性）确定材料的许用应力，弹性模量，等。定材料的许用应力，弹性模量，等。 三、主要承载构件的强度，刚度，稳定性三、主要承载构件的强度，刚度，稳定性 3. 3. 计算书的编制计算书的编制 强度强度：根据主要承载构件的：根据主要承载构件的内力内力，确，确定其定其危险截面危险截面，根据危险截面的，根据危险截面的应力应力分布分布，确定，确定危险点危险点，根据危险点的，根据危险点的应应力状态力状态，确定构件的，确定构件的强度强度。 刚度刚度：结构在载荷作用下，某些位置：结构在载荷作用下，某些位置和方向的和
8、方向的位移位移。 稳定性稳定性：轴向受压的杆轴向受压的杆，要考虑稳定，要考虑稳定性。性。4.4.防护结构模型防护结构模型计算计算简介简介 模型计算可以是模型计算可以是比较精确的计算比较精确的计算（对（对结构的力学模型的简化较少），可以利用结构的力学模型的简化较少），可以利用计算软件计算。也可以通过简化，对主要计算软件计算。也可以通过简化，对主要受力构件作受力构件作比较粗略的估算比较粗略的估算。4.4.防护结构模型防护结构模型计算计算简介简介一、静载荷一、静载荷1、简化为板和平面刚架、简化为板和平面刚架以大球冲击为例：以大球冲击为例：PF=P/2knknlEIMnMn st4.4.防护结构模型防
9、护结构模型计算计算简介简介一、静载荷一、静载荷1、简化为板和平面刚架、简化为板和平面刚架以大球冲击为例：以大球冲击为例：PF=P/4求解静不定问题求解静不定问题或用小型软件：或用小型软件：SMSOLVER 4.4.防护结构模型防护结构模型计算计算简介简介一、静载荷一、静载荷以大球冲击为例：以大球冲击为例：P2、空间刚架、空间刚架通用计算软件：通用计算软件： 例如：例如：ANSYS 等等 4.4.防护结构模型防护结构模型计算计算简介简介二、冲击载荷二、冲击载荷以大球冲击为例：以大球冲击为例：Pd三、压杆稳定三、压杆稳定 临界载荷临界载荷Fcr 大柔度（细长）压杆：大柔度（细长）压杆：中柔度、小柔
10、度中柔度、小柔度对模型计算书要求对模型计算书要求 计算书在写作上，应该尽量作到，计算书在写作上，应该尽量作到，叙述清叙述清楚、简明，有条理，能说明问题楚、简明，有条理，能说明问题，作为，作为技术档技术档案案，是模型制作的依据，不仅要自己能看得懂，是模型制作的依据，不仅要自己能看得懂，也要别人能看得懂。也要别人能看得懂。图图文并茂最好。文并茂最好。切记切记：不：不要将计算书搞成一堆数据的堆砌，自己不会去要将计算书搞成一堆数据的堆砌，自己不会去看，别人更不会去看。看，别人更不会去看。关于小型软件：关于小型软件：SMSOLVER结构力学求解器的使用可参考以下网址中的结构力学求解器的使用可参考以下网址中的视频。视频。http:/ 希望通过结构设计大赛使同学们更好地掌握理论希望通过结构设计大赛使同学们更好地掌握理论力学和材料力学的理论与知识，培养创新思维，增强力学和材料力学的理论与知识，培养创新思维，增强动手能力。动手能力。
