耗能型防落梁裝置是由普通拉索式防落梁裝置改進(jìn)而來的,其主要吸能部件為吸能控制管,由擴(kuò)徑管和鋁蜂窩緩沖器組成。為了給鋁蜂窩緩沖器的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供可靠的理論依據(jù),建立了鋁蜂窩軸向壓縮簡(jiǎn)化模型,對(duì)其軸向壓縮應(yīng)力進(jìn)行了分析、推導(dǎo)并采用有限元模擬和借鑒相關(guān)文獻(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證,同時(shí)分析了加載速率對(duì)鋁蜂窩材料吸能特性的影響。此外分析了鋁蜂窩芯鋁箔厚度和蜂窩邊長(zhǎng)對(duì)其吸能特性的影響,并通過橋梁工程實(shí)例來分析和評(píng)價(jià)鋁蜂窩緩沖器在吸能控制管中的吸能作用。研究結(jié)果表明:鋁蜂窩軸向壓縮簡(jiǎn)化模型精度較高,理論計(jì)算值相對(duì)于有限元計(jì)算值的偏差平均值為4.53%,相對(duì)于文獻(xiàn)試驗(yàn)值的偏差平均值為6.47%;隨著加載速率的提高,鋁蜂窩材料的單位體積吸能值、初始峰值應(yīng)力和屈服平均應(yīng)力均有所提高;在鋁蜂窩芯鋁箔厚度或蜂窩邊長(zhǎng)一定的情況下,兩者之比β值越大,鋁蜂窩緩沖器吸能性能越好;配置了鋁蜂窩緩沖器的吸能控制管,其總吸能值平均增大率為18.56%,最大增大率為29.51%,吸能性能提升最大可達(dá)近30%,在消耗地震能量方面將發(fā)揮顯著的作用。 

【文章來源】：世界地震工程. 2020年03期 北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：12 頁(yè)

【部分圖文】：

吸能控制管

使用ANSYS LS-DYNA建立鋁蜂窩單元組合體的有限元計(jì)算模型,如圖8所示。鋁蜂窩單元鋁箔和上下鋁蒙皮材料選用SHELL163殼單元,材料模型選用與應(yīng)變率相關(guān)的材料模型(*MAT_PLASTIC _KINEMATIC);沖擊鋼塊選擇SOLID164實(shí)體單元,材料模型選擇剛體(*MAT_RIGID),定義剛體無轉(zhuǎn)動(dòng),只允許其沿Z軸向運(yùn)動(dòng)。模型定義了*CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE接觸,以檢查是否發(fā)生穿透現(xiàn)象,在沖擊鋼塊和鋁蒙皮之間定義*CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE接觸,鋁蒙皮與鋁蜂窩芯之間均設(shè)置了*CONTACT_AUTOMATIC_NODES_TO_SURFACE接觸。鋁蜂窩單元組合體底部施加固定約束,沖擊鋼塊以勻速率1m/s、2.5m/s、5m/s和10m/s豎直下落沖擊鋁蜂窩單元組合體。各材料參數(shù)見表1。

圖9(a)和圖9(b)是試件A05-04試件在2.5 m/s速率下的有限元計(jì)算和文獻(xiàn)[9]試驗(yàn)得到的壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線,其中文獻(xiàn)數(shù)據(jù)為INSTRON標(biāo)準(zhǔn)沖擊試驗(yàn)機(jī)(INSTRON DYNATUP 9250HV)對(duì)鋁蜂窩試件在初速率為5 m/s進(jìn)行的壓縮試驗(yàn),由于加載速率由5m/s逐漸變?yōu)?,因此試驗(yàn)可近似在平均速率為2.5 m/s速率下進(jìn)行的壓縮試驗(yàn)。將應(yīng)力-應(yīng)變曲線簡(jiǎn)化為如圖9(c)所示,由圖中可以看出:鋁蜂窩材料的應(yīng)力應(yīng)變曲線具有三個(gè)明顯的變形階段,分別是彈性變形階段、穩(wěn)定屈服階段以及致密化階段,這三個(gè)階段中鋁蜂窩材料具有不同的力學(xué)性能,見表3。由于穩(wěn)定屈服階段有明顯的應(yīng)力平臺(tái),因此選取此階段的應(yīng)力平均值作為有限元計(jì)算值。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]吸能型連梁裝置吸能部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及有限元分析[J]. 邢心魁,王逸飛,雷震霖,李秦.  鐵道建筑. 2019(06)
[2]低速?zèng)_擊下鋁蜂窩夾層板的動(dòng)態(tài)響應(yīng)研究[J]. 齊佳旗,段玥晨,李成,鐵瑛,侯玉亮.  玻璃鋼/復(fù)合材料. 2019(05)
[3]橋梁吸能型連梁裝置控制管沖擊軸向荷載與吸能形式[J]. 邢心魁,李秦,雷震霖.  工程抗震與加固改造. 2019(01)
[4]新型能量吸收型落梁防止裝置[J]. 邢心魁,李亞,朱元.  公路. 2017(10)
[5]橋梁吸能型連梁裝置控制管吸能特性研究[J]. 邢心魁,王逸飛.  工程抗震與加固改造. 2017(05)
[6]金屬蜂窩異面壓縮下平均壓縮應(yīng)力的理論模型[J]. 羅昌杰,周安亮,劉榮強(qiáng),鄧宗全,李萌.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2010(18)
[7]幾種航空鋁材動(dòng)態(tài)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)[J]. 趙壽根,何著,楊嘉陵,程偉.  北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào). 2007(08)
[8]關(guān)于應(yīng)變率敏感系數(shù)的定義(英文)[J]. 趙亞溥,劉勝.  Chinese Journal of Aeronautics. 2001(02)

碩士論文
[1]載人登月飛行器用多級(jí)蜂窩緩沖器及全機(jī)軟著陸沖擊研究[D]. 盧志強(qiáng).哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[2]鋁蜂窩靜動(dòng)態(tài)壓縮行為研究[D]. 唐爽.中南大學(xué) 2014



本文編號(hào)：2921471