冲击荷载作用下网壳结构的失效机理及防御方法研究

针对冲击荷载作用下网壳结构的失效机理与防御方法展开研究。主要内容包括：（1）研究网壳结构受冲击荷载作用的精细化建模及研究方法，通过对精确化本构模型、非线性单元类型、接触类型、求解策略等进行细致研究，实现数值模型的精确、高效求解；（2）研究冲击荷载作用下网壳结构的失效模式及失效机理，研究其动力失效性质及特征，以及结构在冲击荷载作用下的失效准则；（3）研究冲击荷载作用下网壳结构的失效规律，研究冲击结束时刻的局部响应与结构失效模式之间的作用规律；（4）研究冲击荷载作用下网壳结构的防御方法，提出合理有效的网壳抗冲击的防御设计方法，指导结构抗冲击防御设计。通过本项目的研究，形成冲击荷载作用下网壳结构的失效机理与防御方法研究的较完善的分析与设计理论，提升我国大跨空间结构突发灾害防御研究水平。

首先提出网壳结构冲击响应的分析方法，然后对冲击荷载下网壳结构的失效模式及其机理进行深入系统的研究，并通过大规模参数研究总结分析网壳结构的失效规律，此外，通过网壳结构缩尺模型的冲击试验验证了分析方法及分析结论的正确性，最后提出冲击荷载下网壳结构的防护设计建议。这些内容具体包括： .1..网壳结构冲击响应分析方法.建立了实用有效的网壳结构冲击响应分析方法，首先确定了网壳结构冲击响应研究的特征指标，包括荷载作用、网壳结构的特征响应两方面内容，然后探讨了网壳结构冲击响应的分析流程，并建立了网壳结构冲击响应分析的精确数值计算模型； .2..冲击荷载下网壳结构的失效模式与机理.通过大量的参数计算研究网壳结构的冲击响应特性，总结分析了网壳结构冲击失效的四个典型算例，详述了网壳结构冲击失效的全过程及其荷载作用与结构特征响应；然后定义了网壳结构的三类失效模式，并将冲击失效过程分为三阶段，同时揭示了每类失效模式对应的失效机理； .3..网壳结构冲击失效规律分析. 研究网壳结构的冲击失效规律，考察了结构最大响应/失效模式随网壳获取的总冲击能量的变化规律，并探讨了冲击物初动能对结构最大响应/失效模式的影响；此外，提出用整体倒塌失效系数作为结构抗冲击能力的评定指标，然后对网壳结构的冲击整体倒塌失效规律进行参数分析，确定了易于产生整体倒塌的初始冲击条件。.4..网壳结构冲击试验研究. 为验证网壳结构冲击响应分析方法及分析结论的正确性，对Kiewitt-6型单层球面网壳缩尺模型进行了系统的试验研究，试验内容包括模态分析、弹性冲击试验与破坏性冲击试验，通过试验与数值结果的对比分析，证明了本文提出的分析方法及分析结论的正确性，此外，通过对比分析探讨了冲击物初始偏转、支座约束条件、加工误差、阻尼力等因素对结构最大冲击响应的影响原因及影响程度。.5..冲击荷载下网壳结构的防护设计方法及建议.以网壳结构的冲击失效机理与冲击失效规律为理论基础，以防止结构在冲击荷载下出现整体倒塌为防护目标，提出冲击荷载下网壳结构的三种防护设计方法：轻屋面、整体加强法和临界位置加强法，并分别对三种方法的防护效果进行对比分析；在此基础上，综合考虑防护效果与经济条件，提出冲击荷载下网壳结构的防护设计建议；与前文内容相结合，形成了完整的网壳结构抗冲击研究的理论框架。