矿用扩径式吸能防冲构件特性数值分析

为增强液压立柱抗冲性能,有效防治煤矿冲击地压,或在一定程度上减小冲击地压事故造成的损失,提出并设计了一种与液压立柱结合使用的扩径式吸能构件.采用ABAQUS软件对构件吸能防冲特性进行研究,结果表明:不同尺寸和不同材料扩径式构件均具有非常好的稳定变形破坏模式,尺寸、材料和冲击速度对构件变形破坏模式没有任何影响.扩径式构件压缩过程中具有较为恒定的反作用力,反作随构件材料强度和随壁增加而增大,但尺寸、材料和冲击速度对构件力-位移变化规律没有影响.扩径式构件具有一定承载力,具有较小的载荷波动系数和较高的冲程效率.扩径式构件是一种较为理想的吸能防冲构件,其与现有常规立柱结合使用,可改善立柱受冲击载荷时的受力情况,增强立柱防冲性能.     

防冲抗爆恒阻大变形锚杆在锦屏二级水电站引水隧洞岩爆段施工中的应用

防冲抗爆恒阻大变形锚杆包括杆体、托盘和螺母,其恒阻装置,可以在巷道围岩发生大变形时自动拉伸,并保持恒定的工作阻力.锦屏二级引水隧洞开挖极强岩爆洞段施工时首次引入了防冲抗爆恒阻大变形锚杆,工程实际应用验证了其可行性,此对类似工程具有借鉴意义.     

防冲液压支架变梯度薄壁吸能构件研究

针对冲击地压下巷道支护设备防冲能力差,易遭受冲击性失效问题,提出一种防冲支架用变梯度薄壁圆筒吸能防冲构件,设计变梯度薄壁圆筒吸能构件不同的壁厚差和段数参数,对各参数变梯度薄壁圆管其进行冲击压溃模拟仿真,并分析各相关吸能防冲性能参数,结果表明:变梯度薄壁圆管构件段数和厚度差的增加均会使薄壁圆管压溃初始壁厚变小,从而减小初始峰值力;在平均壁厚相同情况下,不同壁厚差和段数的变梯度薄壁圆管的平均支反力和总吸能量高于普通薄壁圆管9.3%～178%;在各参数变梯度薄壁圆管中,分为四段且厚度差为0.5 mm的变梯度薄壁圆管构件的初始峰值力、吸能量和平均支反力、支反力波动性能参数较优,是ZQ6000/26/36两柱单导杆式防冲支架较为理想的防冲吸能构件。变梯度薄壁圆管构件的设计可以改变普通薄壁圆管构件形成塑性铰的位置及数量,使薄壁构件变形趋向较为稳定的钻石模式和混合模式转变,提高了吸能防冲能力。     

冲击载荷下金属薄壁圆柱壳动态响应特性研究

为探讨薄壁结构金属件在冲击载荷作用下的变形模态、受力特征等动态力学响应特性,对3种材料的薄壁圆柱壳体进行了不同速度的落锤冲击实验,获得了相同冲击条件下不同材料圆柱壳体的变形模态、吸能方式和轴向缩短率,以及冲击速度和径厚比对圆柱壳体吸能和轴向缩短率的影响规律. 研究结果表明:薄壁圆柱壳的轴向缩短率随着冲击速度增加而增加,由于应变率效应吸能能力也随着冲击速度增加而增加;薄壁圆柱壳体的轴向缩短率随着径厚比的增加而增加;动态冲击条件下的平均后屈曲载荷远大于准静态条件下的理论载荷,除了与圆筒直径、厚度以及材料特性相关外,还与冲击速度相关;通过非轴对称屈曲折皱变形来抗冲击A6060铝合金适合用于薄壁结构件.      

薄柔H形截面钢构件在横向冲击下的局部屈曲破坏

通过理论与有限元模拟相结合的方式研究了薄柔H形截面钢构件在横向冲击荷载作用下的局部屈曲变形。首先利用塑性铰线理论建立了受横向冲击荷载作用下刚塑性H形构件局部屈曲的理论模型,得到了构件的能量吸收与塑性铰转角的关系、局部变形、耗能等,并通过有限元模拟进行了验证;随后利用该理论模型重点分析了构件截面几何尺寸对平均力、能量吸收、比吸能等评价构件抗冲击性能的主要指标的影响。研究结果表明该模型可以较为准确地描述薄柔H形构件的局部屈曲破坏,能够更好地预测工程上类似结构的最终变形及能量吸收,为该类构件的抗冲击设计提供了理论支持。     

高速冲击试验机设计与结构件冲击拉压试验研究

为解决防冲支护设备在研发过程中缺少冲击加载试验平台的问题,运用高速液压来实现大吨位冲击加载试验的方法,设计一种能实现静态加载和动态加载的冲击试验机.阐述了冲击试验机的组成及工作原理,设计了阀控液压缸控制系统.应用ABAQUS对冲击试验机的台架进行数值模拟,结果表明,台架在承受100 MPa冲击力时,静载下应力为15.17 MPa,变形为0.86 mm;动载下最大应力为60 MPa,最大变形为2.02 mm,均满足要求.通过冲击试验机对吸能构件进行冲击压缩试验、对锚杆进行冲击拉伸试验,结果表明,冲击试验机能有效完成静载和动载下的冲击试验,冲击试验机能较为真实的模拟支护设备在冲击地压过程中的受力情形.     

内置不同型钢的钢管混凝土组合构件横向冲击性能

在ABAQUS软件中建立了内置型钢的钢管混凝土组合构件横向冲击数值模型,通过已有横向冲击试验对模型的正确性进行了验证.对比了三种不同内置型钢对钢管混凝土构件横向冲击性能的影响,分析了组合构件冲击过程中的跨中挠度、冲击力和截面弯矩,讨论了型钢参数对构件抗冲击性能的影响.结果表明:内置型钢可以减小钢管混凝土构件在横向冲击荷载作用下的整体变形,提高其抗冲击性能;当型钢含钢率相同时,内置工字形型钢组合构件的抗冲击性能最好;内置型钢的截面形式对组合构件的弯矩分布影响显著;当型钢含钢率一定时,构件的抗冲击能力随着型钢腹板高度的增加逐渐提高,开展的型钢截面形式对抗冲击性能更有利;角钢的分布位置对构件的抗冲击性能有一定影响,构件的抗冲击性能随着型钢含钢率的增加而增强.     

两端简支GFRP管-钢骨混凝土构件抗侧向冲击性能有限元分析

目的 研究两端简支GFRP管-钢骨混凝土构件的抗侧向冲击性能,为该类构件的工程应用提供参考。方法 建立并验证侧向冲击荷载作用下两端简支GFRP管-钢骨混凝土构件有限元模型,分析了典型构件在侧向冲击荷载作用下的全过程、破坏形态、应力发展、相互作用力时程曲线和弯矩时程曲线等动态响应;研究了冲击能量、冲击冲量、钢材强度、GFRP管厚度以及截面含钢率对构件抗冲击性能的影响。结果 随着冲击能量及冲量的增大,冲击持时和构件弯曲变形增大;提高钢材强度、GFRP管厚度可以改善构件的抗冲击性能。结论 GFRP管对混凝土有较好的约束作用,构件在侧向冲击荷载作用下整体发生弯曲破坏,内部钢骨塑性变形发展充分,构件抗侧向冲击性能优越。     

圆管吸能装置抗冲击波的分析研究

本研究将针对结构抗爆炸冲击这一需求,提出了一种圆管吸能装置,并与横卧单、双圆管吸能装置进行比较。通过计算分析证明了该系统在冲击波作用下能够有效的吸收外来冲击能量,削弱冲击波荷载峰值,降低对下部结构的损伤破坏,提高结构抗力,是一种性能优良的抗冲击能量吸收装置。     

双钢板混凝土组合墙抗冲击计算方法研究

为研究双钢板混凝土组合(SC)墙的抗冲击性能,采用ABAQUS建立了SC墙在轴力与冲击耦合作用下的数值模型,并通过已有SC构件落锤冲击试验结果验证了有限元模型的适用性.基于此,首先分析了SC墙的抗冲击工作机理;其次,重点研究了钢板含钢率、轴压比等参数对构件动力响应的影响;最后给出了该类构件在轴力-冲击耦合作用下跨中最大挠度简化计算公式.结果表明：SC墙冲击全过程分为四个阶段,混凝土是构件抗冲击的主要耗能部件;轴压比会削弱构件的抗冲击性能,且当轴压比大于0.2时,影响更加明显;钢板含钢率、冲击速度、冲击质量与对拉钢筋间距对构件抗冲击性能影响较大;建议的计算公式能有效预测冲击荷载下考虑轴力影响的SC墙跨中最大挠度.     

考虑支护作用影响的煤岩巷道变形非线性分析

根据非线性动力学理论,利用FLAC3D数值软件,建立三维计算模型,对锚网锚杆、U型钢支护和吸能支护条件下的煤岩巷道冲击变形规律进行数值模拟,再现深埋巷道变形破坏过程,研究不同支护作用对巷道变形动力响应的影响。数值计算结果说明,锚网锚杆(主动支护)对提高围岩体强度作用明显,但在冲击载荷作用下巷道围岩应力大,变形量也大,破坏程度严重;U型钢支护(被动支护)可有效提高巷道支护强度,冲击作用后同样表现出抵抗能力较差,巷道整体变形较大;吸能支护对于抗缓冲和吸收冲击能作用明显,表现为冲击应力大幅度降低,巷道变形量减小,整体稳定性显著提高。     

非滑动型连接钢框架抗冲击性能

对一种新型非滑动型钢柱脚减震装置进行了抗冲击性能研究,根据试验结果建立了非滑动型连接钢柱脚的恢复力模型,并以此对一钢框架模型进行了弹塑性时程分析.分析中采用了2种不同的方案:在钢柱脚加装减震装置;按传统外露式柱脚.将计算结果进行对比,结果表明:非滑动型连接装置可以有效的减小结构的冲击残余变形;减震装置中的弹簧和楔块有效的实现了塑性耗能,控制了冲击荷载中结构刚度的衰减;钢柱脚减震连接对底层变形的影响较明显.研究表明,这种非滑动型连接装置对于控制结构变形、耗散冲击能量具有明显的效果,使结构具有良好的抗冲击性能.     

Mechanical properties and supporting effect of CRLD bolts under static pull test conditions

A device for supporting soft rock masses combined with a constant resistance structure characterized by constant resistance and large deformation at the end of a steel bar, known as the constant resistance and large deformation (CRLD) bolt, has recently been developed to counteract soft rock swelling that often occurs during deep mining. In order to further study the mechanical properties of the CRLD bolt, we investigated its mechanical properties by comparison with the conventional strength bolt (rebar) using static pull tests on many aspects, including supporting capacity, elongation, radial deformation, and energy absorption. The tests verified that the mechanical defects of the rebar, which include the decrease of bolt diameter, reduction of supporting capacity, and emergence and evolution of fracture until failure during the whole pull process, were caused by the Poisson's ratio effect. Due to the special structure set on the CRLD bolt, the bolt presents a seemingly unusual phenomenon of the negative Poisson's ratio effect, i.e., the diameter of the constant resistance structure increases while under-pulling. It is the very effect that ensures the extraordinary mechanical properties, including high resistance, large elongation, and strong energy absorption. According to the comparison and analysis of numerical simulation and field test, we can conclude that the CRLD bolt works better than the rebar bolt.     

圆环列吸能器的力学机理及应用

为了进一步研究吸能器的机理,采用实验和数值模拟相结合的方法,对冲击载荷作用下6060T5铝圆环列系统的动力学行为进行了研究。采用改进的SHPB实验系统并配以高速摄影设备,分别记录圆环列的入射波、透射波波形变化及变形过程。数值研究前,利用实验数据对计算模型和计算参数进行验证和标定。对工程实际中的若干工况进行了数值分析。结果表明,圆环列吸能器具有较高的吸能率,该系统通过弯曲塑性变形能来消耗冲击能量,回弹发生后整个吸能过程结束。在工程实际中,双层疏排圆环列组合方式是较好的选择。     

圆环列吸能器的力学机理及应用

为了进一步研究吸能器的机理,采用实验和数值模拟相结合的方法,对冲击载荷作用下6060T 5铝圆环列系统的动力学行为进行了研究。采用改进的SHPB实验系统并配以高速摄影设备,分别记录圆环列的入射波、透射波波形变化及变形过程。数值研究前,利用实验数据对计算模型和计算参数进行验证和标定。对工程实际中的若干工况进行了数值分析。结果表明,圆环列吸能器具有较高的吸能率,该系统通过弯曲塑性变形能来消耗冲击能量,回弹发生后整个吸能过程结束。在工程实际中,双层疏排圆环列组合方式是较好的选择。     

面内冲击载荷作用下蜂窝材料单胞动态变形机制的研究

研究了面内冲击载荷作用下不同形状单胞的动态变形机制及能量吸收特性。在相对密度及单胞边长尺寸一致的条件下,讨论了三种不同形状的单胞（三角形、正方形和六边形）的冲击变形模态。在该基础上,分析了一定冲击速度下,几何拓扑结构对单胞能量吸收特性的影响,对于蜂窝材料的微结构设计具有指导意义。     

箍筋不同配置钢筋混凝土柱的力学性能分析

为进一步明确柱箍筋配置对钢筋混凝土(RC)柱的力学性能影响,以柱箍筋不同配置形式为主要研究参量,浇注4根RC柱试件。对各试件进行反复加载试验,研究各试件的滞回曲线、剪切变形、轴向变形、刚度退化及能量耗散系数等。结果表明：对柱箍筋进行加密,有增大试件的最大承载力和控制试件破坏之前的剪切变形和轴向变形的作用;随着箍筋加密区的增大,试件的延性和耗能性能提升。而柱箍筋加密对试件的屈服荷载、初始刚度、第二刚度及刚度退化等没有明显的影响。     

撞击作用下泡沫铝填充结构吸能特征

泡沫铝是由金属铝制成,由于铝具有较低的强度,导致泡沫铝本身的承载能力和吸能特性受到局限.典型的抗振吸能结构是泡沫铝填充结构或夹芯结构.采用实验和数值模拟方法分析了泡沫铝填充结构在冲击作用下的变形特征与吸能特性.研究表明,填充结构中钢制圆柱壳在整个冲击吸能过程中占主要地位,它与泡沫的相互作用使得变形过程中的能量吸收和初始失稳载荷随冲击速度的提高而增加;当钢制圆柱壳的壁厚增加时,峰值塌陷载荷和总的吸能也提高.在100 kg范围内,冲击质量对初始峰值塌陷载荷的影响不大.由于钢壳是主要的承载和吸能部件,要想提高泡沫铝填充结构的吸能特性,需要合理地设计泡沫密度与钢壳厚度,充分利用它们之间的相互作用关系.     

高轴压比框架柱抗震性能试验研究

在低周反复荷载作用下,进行７个１／３缩比钢筋混凝土框架柱试件的试验,重点研究在高轴压比下,常规钢筋混凝土框架柱的抗震性能,以及轴压比变化对框架柱滞回特性影响,研究结果表明,当设计轴压比达到０．９时,即使是具有良好的配筋构造,钢筋混凝土框架柱屈服后也将体现出较为明显的强度及刚度退化。