基于应力波空间分布的高架桥梁碰撞分析方法研究

发布时间：2017-08-03 08:28

  本文关键词：基于应力波空间分布的高架桥梁碰撞分析方法研究

  更多相关文章： 分布质量体系 应力波理论 非完全正碰 碰撞持时 接触刚度修正

【摘要】：桥梁作为现代国家公共交通的基础设施,不仅是城市的运输生命线,同时在抗震减灾过程中也占据了重要枢纽的地位。近年来,频发的大地震所造成桥梁的破坏现象也越来越多,这其中地震作用引发的桥梁上部结构碰撞是造成桥梁结构破坏的一个主要原因。结构的碰撞过程中伴随着应力波的产生,同时应力波不断在结构内部传播与反射,在结构的内部形成了复杂的应力波场,使得结构内的质点发生非一致振动,使得碰撞过程变得愈加复杂。然而,现有相邻结构碰撞作用的接触分析模型中,大多是假定碰撞过程中结构内部质点振动始终是同步的,无法考虑碰撞应力波传播对结构动力反应的影响。因此,本文从分布质量体系模型和应力波理论入手,采用理论与有限元模拟相结合的方法对正碰/非完全正碰条件下的碰撞应力波传播过程进行了分析和验证,并对现有的碰撞模型进行了修正,使之能够更准确的反映桥梁上部结构的碰撞过程。主要研究内容、方法以及成果如下:(1)建立桥梁上部结构的分布质量体系模型,基于一维波动理论,采用瞬态波函数方法求解了体系波动方程,提出了整体加速度与整体速度的计算方法,研究了模态数、长度划分方向段数取值对结构整体响应的影响,进而研究了应力波传播对局部质点振动和结构整体振动的影响特征,分析了非完全正碰撞情况下碰撞力与碰撞持时之间的关系。(2)利用ANSYS/LS-DYNA建立了桥梁上部结构有限元模型,分析正碰与非完全正碰情况下桥面板的结构动力响应,研究了桥面板宽度对碰撞过程的影响;通过与分布质量体系模型的比较分析,研究了非完全正碰情况下碰撞持时与碰撞力、碰撞持时与初始角度及初始速度之间的关系。(3)结合理论模型和有限元模型分析结果,基于Kelvin模型,对完全正碰/非完全正碰下的碰撞接触刚度进行了修正,推导得到了接触刚度修正系数表达式,通过与试验结果的比较分析,验证了修正Kelvin模型的正确性和准确性。
【关键词】：分布质量体系 应力波理论 非完全正碰 碰撞持时 接触刚度修正
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U447;U442.55
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-18
• 1.1 课题研究的目的和意义8-11
• 1.2 课题来源11
• 1.3 国内外对结构碰撞的研究现状11-16
• 1.3.1 桥梁碰撞理论分析模型研究11-15
• 1.3.2 桥梁结构碰撞试验研究15-16
• 1.4 主要研究内容16-18
• 第2章 基于瞬态波函数的高架桥梁碰撞分析18-38
• 2.1 引言18
• 2.2 分布质量体系运动方程的建立18-21
• 2.3 桥面板分布质量体系的波动方程21-23
• 2.4 碰撞过程中的应力波及其传播过程分析23-36
• 2.4.1 完全正碰过程中的应力波23-31
• 2.4.1.1 应力波传播对结构质点振动的影响24-28
• 2.4.1.2 应力波传播结构整体运动的影响28-31
• 2.4.2 非完全正碰过程中的应力波及传播31-36
• 2.5 本章小结36-38
• 第3章 考虑应力波的高架桥梁碰撞有限元分析38-67
• 3.1 引言38
• 3.2 有限元模型的建立38-40
• 3.2.1 单元和材料类型39
• 3.2.2 接触类型和接触算法39-40
• 3.2.3 单元网格划分、施加负载以及分析求解40
• 3.3 完全正面碰撞分析40-54
• 3.3.1 应力波对质点振动的影响41-51
• 3.3.2 应力波对桥面板整体运动的影响51-54
• 3.4 非完全正面碰撞分析54-66
• 3.4.1 非完全正碰时应力波对桥面板质点运动的影响54-58
• 3.4.2 非完全正碰时应力波对桥面板整体运动的影响58-66
• 3.5 本章小结66-67
• 第4章 考虑应力波的桥梁碰撞简化模型研究67-79
• 4.1 引言67
• 4.2 碰撞分析模型67-71
• 4.2.1 线性碰撞模型67-69
• 4.2.2 非线性碰撞模型69-71
• 4.3 考虑应力波的碰撞模型分析71-77
• 4.3.1 完全正碰过程中的碰撞分析模型71-75
• 4.3.2 非完全正碰过程中的碰撞分析模型75-77
• 4.4 本章小结77-79
• 结论79-81
• 参考文献81-87
• 致谢87

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 孟家富;向东;白如月;刘学平;姜立峰;;轿车与行道树正碰事故再现关键因素研究[J];机械设计与制造;2011年09期

2 赵敏;钟志华;董立强;陈涛;王经梁;;后悬对正碰车身加速度的影响研究[J];中国机械工程;2011年23期

3 徐建斌;陈昌明;;基于LS-DYNA的汽车正碰分析[J];北京汽车;2010年05期

4 ;[J];;年期

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 黄家富;“玻珠碰撞”探究活动的设计研究[D];广西师范大学;2015年

2 湛向东;基于应力波空间分布的高架桥梁碰撞分析方法研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

3 赵辉;小动物交通伤致伤平台的研制及应用[D];第三军医大学;2006年

，

本文编号：613424