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网壳结构,作为大跨空间结构的主要代表形式之一,常用于大型重要公共建筑,具有重要的政治、经济、文化意义。对网壳结构抗震、抗风的研究已比较成熟,但抗冲击、抗爆炸的研究还处于初期阶段。飞行器袭击虽是偶然事件,但其对建筑物的损害、带来的经济损失以及造成的社会负面影响不可忽视。目前网壳结构冲击性能的研究多以数值分析为主、试验为辅。以往数值分析,主要基于ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,为了简化计算,网壳杆件多采用梁单元,材料模型选用适用于梁单元的分段线性塑性材料模型。选用梁单元时,网壳球节点简化为梁的交点,此种建模方法在温度效应不明显的中低速冲击作用下是可行的。而对于高速或超高速冲击,尤其对导弹等飞行器的高速冲击作用下,温度效应不可忽视,上述模型存在较大误差。而为了得到冲击作用下结构力学响应的准确描述,既要了解结构材料的应变硬化特性,也要分析高应变率、高温、大应变以及应力状态改变和加载历史对结构材料力学行为的影响[1]。因此本文提出S-J法建模方式,即网壳结构数值模型选用考虑温度效应的Johnson-Cook材料模型和SHELL 163单元。本文采用S-J法建立了考虑球节点的网壳模型,对飞行器冲击作用下网壳动力响应展开研究,主要研究工作如下:1.飞行器冲击作用下网壳结构数值分析方法研究基于ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,建立飞行器冲击作用下网壳结构数值模型,网壳杆件、球节点和屋面板选用SHELL 163单元和Johnson-Cook材料模型,用落锤冲击圆钢管试验验证了用该材料模型研究冲击问题的适用性;确定了杆件与球节点的连接方式并比选了冲击接触的类型。2.落锤冲击作用下网壳结构动力响应数值分析采用S-J法分别建立了考虑屋面板和不考虑屋面板的网壳数值模型,在落锤弹性冲击和破坏性冲击作用下,对网壳的应力峰值、冲击持时和冲击时间间隔等动力响应进行分析,并把数值分析结果与哈尔滨工业大学范峰、林莉等学者所做的落锤冲击网壳结构试验结果和采用B-P法(材料模型选用分段线性塑性材料模型,单元类型选用BEAM 161)建立的网壳模型数值分析结果进行比较,验证了S-J法数值建模的正确性和优越性。3.飞机撞击作用下网壳结构动力响应研究基于S-J法建立了网壳数值模型,并建立了庞巴迪挑战者850小型客机的数值模型。研究了飞机以120m/s速度水平冲击作用下,网壳结构的球节点位移、冲击区杆件应力及能量变化等动力响应特征。4.导弹高速冲击作用下网壳结构动力响应研究分别基于S-J法和B-P法建立了网壳数值模型,并建立了民兵-3洲际弹道导弹和三叉戟-2潜射弹道导弹的数值模型。对两种网壳数值模型在两种哑弹高速冲击作用下的网壳失效模式、冲击区杆件应力、球节点位移及能量变化等动力响应进行对比分析,并从能量角度分析了高速冲击作用下温度效应对动力响应的影响。