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单层球面网壳动力失效全过程试验研究
摘要：
本文基于压缩失稳机制，通过构建单层球面网壳模型，针对其动力失效全过程进行试验研究。首先，对球面网壳进行静力分析和自由振动分析，确立其稳定状态。随后，通过增大外载荷，引发球面网壳的压缩失稳现象，确定球面网壳的临界载荷。最后，通过动态分析、位移响应和应力分布等多方面进行试验验证。
研究结果表明，在临界载荷下，球面网壳发生全局压缩失稳，造成壳体强度和刚度的显著下降，相应的主应力和主应变呈现出明显的非线性和局部化分布，且壳体存在大量的集中破坏点和塑性变形区域。本文对单层球面网壳的动力失效机理进行全面的试验研究，对于优化其设计方案和提高其抗震性能具有重要的参考和指导意义。
关键词：球面网壳；压缩失稳；临界载荷；动力失效；试验研究
Abstract:
Basedonthecompressionbucklingmechanism,asingle-layersphericalmeshshellmodelisconstructed,andthedynamicfailureprocessisexperimentallystudied.First,thestaticandfreevibrationanalysisofthesphericalmeshshelliscarriedouttoestablishitsstablestate.Then,byincreasingtheexternalload,thecompressionbucklingphenomenonofthesphericalmeshshellistriggered,andthecriticalloadofthesphericalmeshshellisdetermined.Finally,experimentalverificationiscarriedoutthroughdynamicanalysis,displacementresponseandstressdistribution.
Theresearchresultsshowthatunderthecriticalload,theglobalcompressioninstabilityofthesphericalmeshshelloccurs,resultinginasignificantdecreaseinshellstrengthandstiffness,andcorrespondingprincipalstressandstrainexhibitobviousnonlinearityandlocalizeddistribution.Moreover,therearealargenumberofconcentrateddamagepointsandplasticdeformationareasintheshell.Thispapercomprehensivelystudiesthedynamicfailuremechanismofasingle-layersphericalmeshshell,whichhasimportantreferenceandguidancesignificanceforoptimizingitsdesignschemeandimprovingitsseismicperformance.
Keywords:sphericalmeshshell;compressionbuckling;criticalload;dynamicfailure;experimentalstudy
1.引言
球面网壳作为一种轻质、高强度、高空间利用率的结构体系，有着广泛的应用前景。但是，在地震和强风等动力荷载条件下，其动力失效问题成为影响其结构安全性和可靠性的关键因素。因此，针对其动力失效机理进行深入研究具有重要的理论和实际意义。
本文通过试验研究单层球面网壳的动力失效全过程，深入探究其压缩失稳机制和临界载荷，旨在揭示其动力失效机理和强度破坏行为，并提出一些优化建议，为其设计和应用提供参考和指导。
2.单层球面网壳模型和试验设备
单层球面网壳模型采用四边形网格单元构成，主要包括顶部节点、中心节点和边界节点三种。其中，顶部节点为六边形形式，中心节点为四边形形式，边界节点为三角形形式，如图1所示。整个模型直径为1.8m，厚度为0.01m，采用铝合金材料，表面光滑，无缺陷。
图1单层球面网壳模型
试验设备主要包括试验台、数据采集系统和负载装置等。试验台采用4根钢柱支撑，用于固定模型。数据采集系统采用WiFi信号传输技术，能够实时监测位移、应变和负载等数据。负载装置采用油压缸和荷重传感器，能够实现外向径向扭矩载荷和端面压力载荷的施加。
3.外载荷作用下球面网壳的动力失效
3.1静力分析和自由振