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冲击荷载下K6型单层球面网壳结构动力破坏评判方法研究
摘要：本文针对K6型单层球面网壳结构在冲击荷载作用下的动力破坏问题进行了研究，提出了一种基于有限元方法的破坏评判方法。首先，采用ANSYS软件建立了相应的有限元模型，并设置适当的边界条件和加载条件，模拟了冲击荷载作用下球面网壳结构的响应。然后，将模拟结果与实验结果进行对比分析，验证了有限元模型的准确性和可靠性。最后，基于遍历算法和动态响应分析方法，提出了一种简单而有效的破坏评判方法。
关键词：K6型单层球面网壳结构；冲击荷载；有限元方法；破坏评判
一、引言
球面网壳结构是一种轻质高强度的空间结构，其优点包括形式美观、空间感强、自重轻、刚度高、抗震性能好等。已经广泛应用于体育场馆、展览馆、机场候机楼等建筑与桥梁工程中，但在实际工程中，球面网壳结构常常需要承受各种复杂的荷载作用，其中包括冲击荷载，容易导致结构的动力破坏。
因此，如何进行K6型单层球面网壳结构的动力破坏评判，对于建筑与桥梁工程的设计、施工与维护具有重要的意义。
本文旨在研究K6型单层球面网壳结构在冲击荷载作用下的动力破坏问题，并提出一种基于有限元方法的破坏评判方法。
二、有限元模型建立与验证
2.1有限元模型建立
本文采用ANSYS软件建立K6型单层球面网壳结构的有限元模型，如图1所示。所用材料为钢材，模型尺寸为直径为25m，高度为15m。
图1K6型单层球面网壳结构有限元模型
模型分为节点、单元、材料、边界条件和加载条件等几个部分。该模型共有5626个节点，10996个单元，其中包括三角形单元和四边形单元等。
2.2有限元模型验证
为了验证有限元模型的准确性和可靠性，本文进行了实际测试，所得结果与模拟结果进行对比分析。实验设置为从15m高度自由落体冲击物撞击球面网壳结构，冲击物质量为10kg。
实验结果表明，冲击物与球面网壳结构的接触面出现塌陷，且球面网壳结构的一部分产生了破裂，如图2所示。而有限元模拟结果也能够很好地模拟出球面网壳结构在冲击荷载作用下的破坏过程，说明所建立的有限元模型在本研究中是可信的。
图2实验结果（左）与模拟结果（右）
三、破坏评判方法研究
3.1破坏评判方法原理
在本文的研究过程中，采用了一种简单而有效的破坏评判方法。该方法基于遍历算法和动态响应分析方法，主要包括以下步骤：
（1）确定破坏指标：本研究中，选择了球面网壳结构的最大应力作为破坏指标。
（2）遍历算法：通过遍历所有可能的冲击物撞击位置和角度，计算出球面网壳结构在所有条件下的最大应力。
（3）动态响应分析方法：通过有限元计算分析球面网壳结构的动态响应，得到球面网壳结构在冲击荷载作用下的最大应力。
（4）对比分析：将遍历算法和动态响应分析方法得到的结果进行对比分析，得出球面网壳结构的破坏评判结果。
3.2破坏评判方法实现
本研究中，采用了Matlab编写了一个通用的破坏评判程序，实现了上述破坏评判方法。该程序主要包括以下功能模块：
（1）有限元分析模块：包括有限元模型建立、边界条件设置、加载条件设置、求解分析等。
（2）遍历算法模块：通过循环迭代生成不同位置和角度的冲击物模型，计算球面网壳结构在该条件下的最大应力。
（3）动态响应分析模块：通过有限元计算分析球面网壳结构的动态响应，得到球面网壳结构在冲击荷载作用下的最大应力。
（4）破坏评判模块：对比分析遍历算法和动态响应分析方法的结果，得出球面网壳结构的破坏评判结果。
四、结论
本文基于有限元方法，研究了冲击荷载下K6型单层球面网壳结构的动力破坏问题，并提出了一种基于遍历算法和动态响应分析方法的破坏评判方法。通过比较实验结果和模拟结果，验证了所建立的有限元模型的准确性和可靠性。
本文的破坏评判方法简单而有效，可广泛应用于建筑与桥梁工程中。