矿用扩径式吸能构件吸能防冲特性研究

为增强液压立柱的防冲性能,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,提出了一种与液压立柱结合使用的扩径式吸能构件。采用理论分析和试验研究方法,对构件吸能防冲特性进行研究,结果表明：轴向压缩下扩径式吸能构件具有非常好的稳定性和可重复性的变形破坏模式,且构件变形后向四周膨胀值仅为薄壁圆管厚度,几乎不占用其它空间。扩径式吸能构件压缩过程中具有较为理想的力-位移曲线。扩径式吸能构件冲程效率不受几何尺寸影响,扩径式防冲构件具有较小的载荷波动系数。理论推导得出了构件吸能防冲评价指标,并与试验结果具有较好吻合,为构件选取提供了理论依据。扩径式防冲构件是较为理想的吸能防冲构件。     

直纹管外翻式构件设计与吸能特性研究

为提高防冲支架液压立柱的抗冲击性能,设计了一种能够与液压立柱结合使用的直纹管外翻式吸能构件,给出了评价吸能构件吸能特性的指标。采用能量法对直纹管外翻变形的阻力进行了理论推导,得到直纹管稳定翻管变形阻力计算公式。采用数值仿真方法对吸能构件的翻管变化过程、全程阻力变化趋势及能量吸收情况进行了研究,结果表明:翻管变形过程、阻力变化趋势与能量吸收情况相对应,稳定翻管变形时阻力恒定不变,能量线性增加。针对直纹管吸能构件进入稳定翻管变形阶段需要一定压缩距离的问题,提出了改进方法,改进后的吸能构件具有恒阻特性,推导的理论计算公式与仿真得到的稳定翻管变形阻力较好吻合,改变壁厚是得到所需变形阻力的一种有效办法。直纹管外翻式吸能构件具有稳定可重复的翻管变形模式,是较为理想的吸能构件。根据仿真结果对理论公式进行了误差分析与修正,修正后的理论公式对直纹管外翻式吸能构件设计具有指导意义。     

泡沫铝填充薄壁铝合金多胞构件与单胞构件吸能性能研究

为研究泡沫铝填充薄壁铝合金多胞结构与单胞结构的吸能能力,该文基于有限元软件LS-DYNA建立了泡沫铝填充薄壁铝合金多胞结构与单胞结构的数值仿真。对经典薄壁圆管试验及泡沫铝填充薄壁圆管试验进行了数值模拟,分析表明该数值模型能够较好的模拟泡沫铝填充薄壁圆管在轴向冲击过程中的撞击力和变形发展。基于该模型对比研究了不同因素下泡沫铝填充薄壁铝合金多胞结构与单胞结构的轴向吸能特性,分析了其破坏模式、吸能机理和两者吸能效率。结果表明:在轴向冲击荷载作用下,泡沫铝填充薄壁铝合金的破坏模式为轴对称渐进折叠破坏模式,冲击力-位移曲线和变形模态图显示其变形过程分为3个阶段:弹性阶段、平台阶段和强化阶段。当冲击压缩距离为构件高度的80%时,7种不同参数下的泡沫铝填充薄壁铝合金多胞结构的吸能效率明显高于7种单胞结构,吸收的能量E和比吸能SEA都提高了50%以上,是一种优秀的吸能构件,可广泛应用于防护工程中。     

巷道吸能支护的减震防冲效应分析

冲击地压是煤矿开采的主要动力灾害，巷道吸能支护是防御冲击地压灾害的新型支护方式和有效手段。吸能支护是在刚性支护基础上附加阻尼耗能构件形成的巷道支护，基于巷道顶板与支护相互作用的动力学模型，分析了在巷道刚性支护与吸能支护作用下的顶板-支护系统动力响应，同时就阻尼构件在吸能支护上的分布特征对减震防冲效应的影响进行了分析，研究了阻尼构件在支护中的串联、并联、混联3种分布特征下的支护吸能减震防冲效应。结果表明：相比于刚性支护，吸能支护不仅能有效抑制顶板的冲击响应，还对支护体的冲击响应具有自保护能力；串联吸能支护模式与混联吸能支护模式对顶板冲击位移的控制及支护体加速度的抑制作用相当，且均优于并联吸能支护模式，其中，在串联吸能支护模式下，顶板冲击位移可下降约89%，支护体加速度可下降约55%。进一步优化串联吸能支护模式可知，当采用支护体上端串联布置吸能构件时，构件吸能效果发挥的最好，并且支护体的变形、应力、等效塑性应变变化平稳且幅值较小，同时相比于在下端以及两端串联吸能构件时支护等效塑性应变分别下降约77%和96%。该研究为冲击地压动力灾害的防冲吸能支护动力可靠性设计提供思路。     

泡沫铝填充薄壁铝合金多胞板与单胞板吸能性能研究

为研究泡沫铝填充薄壁铝合金多胞板(MCP)与单胞板(SCP)的吸能能力,该文设计了6种不同截面的泡沫铝填充薄壁铝合金多胞板与1种单胞板,并基于非线性有限元软件LS-DYNA建立了相应的数值模型。对经典铝合金板耐撞击试验及泡沫铝夹芯板耐撞击试验进行了数值模拟,分析表明该数值模型能较好的模拟泡沫铝夹芯板在冲击过程中的撞击力、挠度和变形形态。基于此模型对比研究了不同因素下多胞板与单胞板的吸能特性,分析了其破坏模式和吸能机理,最后通过正交试验的方法分析了不同因素下的吸能效率以及多胞板最优截面类型的选取。结果表明：在面外冲击作用下,泡沫铝填充薄壁铝合金板的破坏模式为对称圆锥式破坏,冲击力-位移曲线和变形图显示其变形过程分为两个阶段：弹塑性变形阶段和回弹阶段;在发生相同位移时,18种不同参数的多胞板,其吸收的总能量(E)和比吸能(SEA)相对于单胞板都提高了400%以上,是一种更具吸能特性的板,可广泛应用于防护工程。     

落锤冲击作用下充液半球壳的实验和数值分析

采用数值仿真方法对单层内空、单层充液和双层充液不锈钢半球形薄壳在冲击荷载下的动力学响应进行了研究并实验结果进行了比较,验证了数值模拟的有效性。利用验证的模型对落锤冲击三种壳结构的变形模态及其变形特点和能量吸收进行的比对研究。分析发现:内空半球壳在冲击作用下产生镜面反射式的下凹变形,冲击结束后没有明显回弹,壳体横截面没有发生扩展;而对于内充液体的壳体,由于内部液体的作用其反射下凹边缘有了较大的过渡区,在"棱区"边缘伴有向外扩展,如果冲击能量足够,冲头会对镜面反射下凹边缘区产生熨平作用,冲击结束后有明显的回弹。单层内空壳体具有较好的吸能能力,但会使壳体产生较大的顶点位移,极大的压缩了壳内的有效防护空间。双层充液半球壳可以在产生不大的变形情况下吸收较大的冲击能量,并在内壳形成一定的防护空间,而单层充液壳体其吸能及变形情况与双层壳的外壳基本一致。     

圆形薄壁构件准静态径向压缩下的吸能特性分析

为探讨薄壁吸能构件径向压缩下的吸能防冲特性,以圆形薄壁构件为例,采用理论分析、数值模拟和实验研究方法,对构件径向压缩下的吸能防冲特性进行研究,得出以下主要结论:构件压缩过程中具有稳定的变形破坏模式和较为恒定的承载力。内径对载荷波动系数、冲程效率和总吸能影响较小,压溃峰值载荷、平均压溃载荷随内径增加而降低。构件压溃峰值载荷、平均压溃载荷和总吸能均随壁厚增加而增大,载荷波动系数和冲程效率随壁厚增加而降低。长度对载荷波动系数和冲程效率影响较小,构件压溃峰值载荷、平均压溃载荷和总吸能均随长度增加而增大。研究结果为圆形构件尺寸选取提供理论依据,为其它类型薄壁构件径向压缩吸能特性分析提供参考。     

基于显式有限元的薄壁结构吸能特性预测

为了探讨轴向载荷冲击作用下试验参数对薄壁结构吸能特性的影响规律，预测和分析某一类型的薄壁结构吸能特性，基于显式有限元技术建立了这一类型薄壁结构的BP人工神经网络吸能特性预测模型。以方形薄壁结构为例，通过改变结构质量、冲击速度、横截面尺寸、壁厚等影响结构吸能特性的因素对这一类型的薄壁结构进行了大量的数值试验，获得不同试验条件下的结构吸能特性参数，然后建立了这一类型薄壁结构的吸能特性预测模型，并进行自主训练学习, 当训练步数为2035时，网络模型达到误差要求。结果表明：该BP神经网络模型的输出样本与目标值十分接近, 比吸能误差值为-2.53％，有效撞击力误差值为4.67％，有效撞击行程误差值为-3.90％，说明该模型具有较好的精度。     

闭孔泡沫铝缓冲性能及其变形失效机理研究

在闭孔泡沫铝的准静态压缩实验基础上,研究不同孔隙率下的力学性能和吸能性能,分析其压缩变形机理。结果表明,闭孔泡沫铝的压缩过程存在明显的3个阶段:线弹性阶段、塑性平台阶段和致密化阶段。随着孔隙率的增大,闭孔泡沫铝的屈服强度、弹性模量和压实应力均减小。在压缩过程中,吸能效率和理想吸能效率均是先上升后下降。孔隙率对吸能效率影响较大,对最大理想吸能效率影响不大。将理想吸能效率曲线和吸能效率曲线结合可以选择合适的缓冲材料,发挥其最佳吸能特性。闭孔泡沫铝在准静态压缩条件下有良好的塑性变形能力,变形呈逐层破坏的特征。     

纳米微球增强聚氨酯泡沫的制备及抗冲击应用

目的获得基于纳米颗粒增强的冲击吸能材料。方法基于剪切增稠液体技术,将纳米微球分散于多元醇基体中,制备中低密度的软质聚氨酯泡沫材料,利用SEM、SHPB、落锤冲击和爆炸冲击波试验分析材料的结构、冲击吸能特性和冲击波衰减特性。结果纳米微球增强聚氨酯泡沫材料具有优异的冲击吸能特性和冲击波衰减能力。结论纳米微球增强聚氨酯泡沫材料可以应用于护具装备、缓冲包装和冲击波防护领域。     

汽车前纵梁吸能盒结构耐撞性多目标优化

吸能盒上诱导槽的分布形式对汽车碰撞性能有很大影响.以汽车前纵梁吸能盒结构为对象,建立整车正面碰撞仿真模型,对吸能盒结构的耐撞性进行了多目标优化设计.以吸能盒上诱导槽之间的间距为设计变量,使用Hammersley方法采集样本点后,以车辆吸能盒的最大吸能量E、最大刚性墙反力F以及车身最大加速度a为目标函数,通过krigin...     

基于多体动力学的尾撬缓冲器动态性能研究

为了获得民机尾撬缓冲器吸能功量特性,提出了一套结合理论分析、协同仿真及试验验证的系统分析方法。以缓冲器理论分析模型为基础,建立了包含缓冲器动力学和液压系统的协同仿真模型;规划并实施了相应的落震仿真试验,将仿真结果与试验结果进行对比分析,验证了仿真模型的有效性和分析方法的可行性;详细讨论了不同充气压力和投放高度等关键参数对缓冲器动态性能的影响,总结了缓冲器功量、最大行程及最大轴向力随相关参数的变化规律。分析方法和结论可用于指导尾撬缓冲器的设计和选型,对民机的试飞工作具有一定的参考价值。     

装配式梁柱转动摩擦耗能节点抗震性能试验研究

为了减轻传统钢框架的梁柱节点在强震作用下的损伤与破坏,提出了一种装配式梁柱转动摩擦耗能节点,阐述了该节点的构造形式与工作机理,对其进行了低周反复加载试验,系统研究了该节点的抗震性能,建立了其恢复力模型,并与试验结果进行了对比分析.研究结果表明,装配式梁柱转动摩擦耗能节点利用连接钢板与黄铜板之间的转动摩擦耗能,其滞回曲线...     

轴向超声振动辅助磨削的磨削力研究

假设未变形磨屑厚度服从瑞利分布,推导了切削变形力的计算表达式;根据磨粒与工件的相对运动,探讨了超声振动对摩擦力的影响,分析了超声磨削时磨粒在砂轮切线方向上的摩擦力变化规律。综合切削变形力和摩擦力的理论分析,建立了轴向超声振动辅助磨削中磨削力的预测模型。对比实验的研究结果表明：由实验得到的磨削参数和振动参数对磨削力的影响规律与理论分析相一致,且仿真计算结果与实验测量结果的变化规律一致,从而验证了磨削力模型的可行性。     

Mechanical properties of bio-mimetic energy-absorbing materials under impact loading

The elytra can protect the body and hind wings of the beetle by absorbing the impact energy and resisting damage from outside loading. In this paper, we firstly observed the microstructures of hollow column and pole canal in the ladybird beetle elytra and revealed the relationship between them. A bionic energy-absorbing structure inspired by ladybird beetle elytra was proposed, and a micron-scale finite element model was built. The mechanical characteristics of bionic structures with and without poles under axial impact loading were investigated by numerical simulations. It could be obtained that the poles could absorb the impact energy by its deformation. Then the parameter studies including the different impact velocities, the different column diameters, and the different thickness of cuticle were carried out. This parameter study shows that geometric variations and impact velocity have a significant influence on mechanical properties.     

基于新型自复位摩擦耗能支撑的RC框架结构地震残余变形控制

基于Cu-Al-Be合金丝,研制了一种新型自复位摩擦耗能支撑,通过试验研究了该支撑的滞回性能,并利用OpenSEES平台建立了分析模型,将其应用于RC框架结构的地震残余变形控制。结果表明:摩擦力越大,该支撑耗能性能越好,但相应会增大残余位移;利用OpenSEES分析模型计算的滞回曲线与试验曲线吻合较好,表明所建立的分析模型具有良好的计算精度;在RC框架结构地震残余位移较大处布置该支撑,能够经济有效地控制结构整体的残余位移。