题目：圆管撞击的弹塑性动力响应和失效研究

在核电站、石油化工、煤气及民用建筑等重要产业部门，大量输送高压、高温、高速流体的压力管网构成这些产业部门的动脉。这种管道一旦发生破裂，泄漏的高能量流体将对管道施加很大的横向力，使管道产生高速运动，并可能飞射撞击到周围邻近的管道，导致临近管道系统的损伤或破坏，引起灾难性的后果。目前这个问题已经受到了广泛关注。圆管遭受撞击的问题不仅有着广泛的工程应用背景，而且也具有非常重要的理论研究价值。本文采取理论分析、数值模拟及实验验证相结合的方法，对圆管与圆管的撞击的问题进行了深入的研究，揭示出圆管撞击的弹塑性动力失效的基本特征。本文的主要成果有：

1、提出了一个管与管弹塑性碰撞的理论模型，给出了两圆管碰撞各阶段动力响应的解析解。该模型描述了碰撞接触过程中弹性和塑性阶段响应的基本特征，通过拉普拉斯变换和逆变换得到了管与管碰撞过程中瞬态变形及撞击力的响应特性，为进一步分析结构的失效问题提供了理论依据。为了验证理论模型的有效性，采用有限元软件（MSC.Dytran）对圆管与圆管撞击的动态响应进行了数值模拟，并与理论预测结果进行了比较，两者具有很好的一致性。

2、提出了一个预测两圆管撞击失效的准静态等效载荷分析方法。可预测甩动管（主动管）和目标管（被撞击管）在撞击位置谁先进入局部塌陷的问题。该模型基于达朗贝尔原理，将动力问题转化为初始塌陷预测的准静态问题，使管道失效模型分析得到一定程度简化，由此研究了不同撞击位置对管的失效特性的影响，通过采用撞击点的塑性极限弯矩的比值作为衡量管子进入到软化阶段的先后，建立了两管的塌陷方程，得到了管子的塌陷曲线。并与有限元数值模拟结果（MSC.Marc）进行了对比，发现两者吻合的较好。

3、借助自制的实验装置，对圆管与圆管相撞击的弹塑性动力特性进行了实验。针对一端简支一端自由的甩动管撞击两端简支的目标管的典型问题，测量了撞击点处的瞬态应变，及撞击结束后，两管的残余变形，还分析了不同的撞击点对于管与管撞击的响应模式的影响，并且获得了撞击点处管壁的局部变形的几何构型。在实验基础上，进行了有限元数值模拟，并和实验结果进行了比较，其一致性令人满意，进一步讨论了几个重要参数对甩动管和目标管撞击特性的影响。