基于離散單元法的桿系結構沖擊破壞數值模擬研究.pdf

1、網殼結構在沖擊荷載下破壞往往涉及到大變形、斷裂、碰撞等問題。采用隱式有限元方法，當結構進入倒塌階段后，所帶來的“負剛度”問題，會引起剛度矩陣奇異，使計算難以描述后續(xù)倒塌過程。顯式有限元方法基于網格的單元劃分技術難以處理網格嚴重變形后的情況。同時由于有限單元法必須滿足變形協調方程，使得有限單元法在考慮結構倒塌時構件大變形、斷裂、碰撞等問題有一定難度。因此對于倒塌全過程的描述，利用有限元方法進行模擬就比較困難。
　　離散單元法的基本原

2、理是將模擬對象劃分為若干個剛性單元。單元間接觸力的傳遞通過力—位移準則決定。單元的運動根據牛頓第二定律決定。與有限元方法不同的是，運用離散元方法進行模擬分析時，模型計算過程中不必滿足位移連續(xù)條件和變形協調條件，允許單元之間發(fā)生相對運動和碰撞，適合于處理大變形、斷裂、碰撞等問題。但是傳統(tǒng)離散單元法多應用于巖土工程領域，采用試測法標定參數，精度不夠。因此需要對傳統(tǒng)離散單元法進行改進，從而將其應用到網殼沖擊破壞問題模擬中，以充分發(fā)揮離散單元的

3、優(yōu)勢。
　　本文基于離散元軟件PFC3D中的基本接觸模型，通過能量定律，給出了適用于桿系結構的接觸剛度系數等參數的計算公式。利用該方法模擬了懸臂梁的大變形問題，驗證了該方法的可行性。針對PFC3D中假定接觸達到一定強度后直接斷裂而不能考慮材料彈塑性的問題，本文將分層梁理論引入到離散單元法中，給出了塑性判斷準則以及接觸進入塑性后剛度系數的計算方法，從而可以利用PFC3D解決桿系結構的彈塑性問題。通過定義離散單元法基于應變的斷裂準則，