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。     

吸能型防冲立柱液体冲击问题研究

针对冲击作用下加入吸能构件后液压立柱的液体冲击问题,对扩径式构件在不同加载下的变形行为和特性进行分析,建立基于LuGre模型的吸能构件能量吸收模型。基于液体冲击定解问题的一般方程进行吸能构件及立柱系统顶板来压液体冲击理论和仿真分析,得到吸能构件对立柱内液体冲击的影响规律。结果表明:最大静摩擦力和库伦摩擦力对应吸能构件峰值承载力以及稳定变形阶段反作用力,鬃毛刚度和微观阻尼系数影响吸能构件弹性变形过度到塑性变形时的力-位移特性;随着扩径式构件的变形过程,吸能构件对立柱液体冲击的影响作用分为近似弹性、柔性让位吸能和刚性三个阶段。     

冲击地压新型加肋板圆管式吸能防冲构件的仿真与试验

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加肋板圆管式吸能防冲构件,通过仿真和试验方法分析不同肋板厚度和布置形式下加肋板圆管式构件以及无肋板圆管构件的吸能防冲特性。结果表明:肋板的布置抑制了圆管构件压溃屈曲的圆环模式变形和欧拉失稳,使变形趋于稳定;随着肋板厚度增加,构件压溃变形阈值、吸能量、反力平均水平增加,反力波动增大,可用变形让位距离减小;一字形肋板布置构件变形普遍不规范,十字形构件出现开裂和偏斜变形现象,Y字形、肋板厚度较小构件变形普遍较规范,从一字形、Y字形到十字形构件,其变形阈值、吸能量、反力平均水平基本有所增加,可用变形让位距离减小;Y字形、肋板厚8 mm的构件为ZHD6000型防冲支架较理想的吸能防冲构件。     

矿用防冲方形折纹薄壁构件吸能特性数值分析

为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,提出了一种矿用防冲方形折纹薄壁构件,构件防冲体现在构件被压溃过程中吸收冲击能和压溃空间给煤岩提供了一定的能量释放空间。采用ABAQUS有限元软件模拟了不同壁厚、轴向堆积不同模块个数的构件的吸能特性,并与常规方形薄壁进行了对比分析。结果表明:1方形折纹薄壁构件与常规方形薄壁构件相比有较低的压溃峰值载荷,有较高的总吸能和比吸能,防冲性优势明显。2减小折纹薄壁构件的壁厚和减小模块长度来增加构件轴向模块个数均能有效降低压溃峰值载荷,但同时也降低了总吸能和比吸能。根据模拟结果,选定了矿用防冲方形折纹薄壁构件尺寸,并进行了实验研究,证明了模拟的准确性。防冲构件与现有支架相结合使用,可使现有支架成为顶梁防冲支架、底梁防冲支架、两帮防冲支架、防冲液压支柱等。     

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。     

颗粒阻尼吸振器试验研究

结合动力吸振器的工作原理,将颗粒阻尼器弹性支承于主结构上组成颗粒阻尼吸振器。颗粒阻尼吸振器旨在解决两个问题:(1)为传统动力吸振器提供较大阻尼抑制共振峰而不影响其吸振性能;(2)微小振动加速度(小于1g)或振动惯性力无法克服颗粒间的静摩擦力时传统颗粒阻尼器的失效问题。对安装了颗粒阻尼吸振器的悬臂梁结构进行了动力学特性试验,与同等条件下刚性支承颗粒阻尼器以及传统动力吸振器进行了比较,试验结果表明颗粒阻尼吸振器达到了预期的设计效果,很好地弥补了颗粒阻尼在微振动环境下的不足。此外,颗粒阻尼吸振器的阻尼仅取决于吸振器质量的加速度,与主从质量之间的相对速度无关,故大阻尼对其吸振性能不产生任何影响,可以按照传统的无阻尼动力吸振器进行参数设计。     

多排钢管冲击波压扁行为研究

多排钢管吸能元件在冲击波作用下的大变形问题，对于抗爆结构的吸能装置设计具有重要意义。在单个钢管的动力压扁过程清楚的基础上，根据实验分析了多排钢管受径向冲击塑性行为，建立了八塑性铰机构，描述了钢管压扁位移速度场。给出了塑性铰附近的塑性弯矩值计算方法。     

薄壁扁球壳在撞击载荷下的动态响应和吸能特性研究

对薄壁扁球壳结构撞击刚性板的动态响应和吸能特性进行了研究。通过不同材料特性和撞击速度下半径R与厚度t比值较大（R／t〉250）的扁球壳与刚性板的撞击试验，分析了此类球壳结构的动态响应和吸能特性。以能量守恒为基础，结合大变形薄壳理论和塑性铰方法，建立了撞击力与变形关系、撞击初速度与最大压缩位移的理论分析模型。通过理论计算和试验结果的对比，验证了理论分析模型的正确性，可以满足工程分析的需要。     

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。     

金属橡胶隔振器抗冲击性能研究

对金属橡胶隔振器的冲击性能进行了理论和实验研究。借助于金属橡胶构件的加载曲线和迟滞回线,研究了具有非线性干摩擦阻尼隔冲系统在短冲击和长冲击时的最大响应的计算方法,并借助于Matlab实现了最大冲击响应的逐步积分计算。通过实验研究了构件结构形状和参数、负载质量、冲击加速度等对金属橡胶构件抗冲击性能的影响,对理论方法进行了验证,为工程实践提供了依据。     

斜支承弹簧系统跌落冲击响应及影响因素分析

以斜支承弹簧系统为研究对象,建立了跌落冲击条件下系统无量纲非线性动力学方程。利用龙格-库塔数值分析方法求解动力学方程,讨论了无量纲跌落冲击速度、系统支承角及阻尼等对系统响应的影响。研究表明,随着无量纲跌落冲击速度的增加,系统位移响应峰值和加速度响应峰值增加;随着支承角的减小,位移响应峰值增大,加速度响应峰值减小;阻尼对系统响应影响显著,对系统加速度峰值影响存在最佳阻尼比,最佳阻尼比随系统支承角减小而减小。通过适当地选取阻尼比及支承角可有效地改善系统的抗冲击能力。     

独立式石箍窑洞振动台试验研究

根据现场调研,以山西省静乐县典型三连拱独立式石箍窑洞为研究对象,设计制作了缩尺比例为1∶4的模型结构,并对其进行了地震模拟振动台试验,分析了模型结构的自振频率、阻尼比、加速度放大系数、最大相对位移、位移角、底部剪力与耗能等。结果表明：独立式石箍窑洞结构在地震作用下的薄弱部位为边洞洞口处拱顶与中窑腿;随着输入地震波峰值加速度的增大,模型结构自振频率下降,阻尼比上升;模型结构各部位的动力放大系数随着输入峰值加速度的增加变化不大,x向动力放大系数最大处为拱顶,y向动力放大系数最大处为窑顶;输入加速度峰值为70 gal(小震)、200 gal(中震)、440 gal(大震)时,结构最大侧移角均出现在拱顶,分别为1/1618、1/491、1/255,输入峰值加速度为600 gal时,最大侧移角出现在窑顶,为1/102;输入峰值加速度为800 gal时,结构的最大扭转角为0.0037 rad;底部剪力和累积滞回耗能均随着输入地震波峰值加速度的增大而增大。研究结果可为石箍窑洞这一西北传统民居的妥善保护和传承提供科学依据。     

刚-柔耦合支护巷道围岩应力波传播和衰减规律及试验分析

支护巷道围岩冲击破坏及防治一直是采矿工程中难以解决的问题。对冲击应力波在支护巷道中的传播和衰减过程进行分析,分别得到了冲击应力波作用巷道围岩、刚性支护巷道和刚-柔耦合支护巷道发生破坏的应力判据和能量条件。采用低能爆炸加载方式,利用高速数据采集方法(数字散斑观测),对炮孔距离巷道顶部为200mm,硝铵炸药量为6.0g条件下裸巷和刚-柔耦合支护巷道冲击破坏过程进行监测,得到了裸巷和刚-柔耦合支护巷道表面散斑场变形破坏特征。试验结果说明了刚-柔耦合支护可有效缓冲动态载荷、吸收冲击能量,也为防治巷道冲击破坏提供了一种新方法。     

台风致窗户破坏时大跨度屋面风振响应研究

通过大跨度屋盖建筑刚性模型风洞试验和气动弹性模型风洞试验,得到屋面节点风压时程和加速度时程。采用试验所得的脉动风压时程数据利用有限元法对屋面进行风振瞬态响应分析得到了屋面位移和加速度响应,并与气动弹性模型风洞试验结果相比较,验证瞬态分析的正确性。详细阐述了台风致窗户破坏时大跨度屋盖结构的风振响应机理和特点,计算并比较了四周封闭和突然开孔两种情况的荷载风振系数和位移风振系数。这些结论为大跨度屋盖结构的抗风设计提供了指导和参考。     

冲击波作用下巷道破坏规律相似模拟研究

利用爆炸加载的方式,采用相似材料模拟试验方法,借助数字散斑观测手段(DSCM),研究不同炮孔位置和装药量条件下巷道变形破坏规律。试验结果表明,微量炸药引爆后,冲击应力波以巷道方向传递为主,巷道顶板附近形成裂纹、破碎或坍塌区;当装药量足够大时,冲击波对上部岩体破坏力明显增大,冲击能是影响巷道破坏程度的主要因素。试验结果还表明,高速冲击载荷作用下巷道围岩体破坏过程可分为拉剪裂缝、重复拉剪破碎和破坏三个阶段。其中,当炮孔距离巷道为450mm,装药量为6.0g时,巷道顶板附近出现裂缝,属于拉剪裂缝阶段;当炮孔距离巷道为300mm,装药量为6.0g时,巷道顶板附近裂缝较为发育,且巷道顶层出现部分塌落,属于重复拉剪破坏阶段;当炮孔距离巷道为200mm,装药量为8.0g时,巷道顶板出现塌落,且四周破坏,属于破坏阶段。研究结果为冲击地压巷道破坏预测和防治提供了有力参考。     

古建筑木结构屋盖梁架体系动力性能分析

针对目前古建筑木结构研究领域中对屋盖梁架的动力性能研究甚少的现状,该文以殿堂型木结构为研究对象,按照《营造法式注释》的构造要求建立屋盖梁架层模型,通过对其进行动力性能分析,得出了屋盖梁架层的结构动力特性以及在各种工况作用下的位移最大响应值和加速度最大响应值,求解出了各梁架层的动力放大系数.研究表明:屋盖梁架模型的第一频率为1.486Hz;屋盖梁架模型的自振频率远远高于振动台试验整体结构模型的自振频率;梁架层最大位移值随地震作用和高度的增加而增大;大震(400gal)时半刚性榫卯连接的减震效果比中震(220gal)、小震(110gal)时的减震效果要好;层间动力放大系数值在1 左右;屋盖层与铺作层的动力放大系数在0.9 左右.     

紊流风场中开孔结构的孔口阻尼特性研究

利用伯努利方程导出了孔口粘滞阻尼比的表达式，并通过能量耗散原理得到了孔口阻尼比与开孔屋盖系统模态阻尼比的关系。设计制作了具有不同开孔率的两个平屋面气动弹性模型，进行了突然开孔后屋面风振稳态响应的风洞试验，利用经验模式分解(EMD)、随机减量技术(RDT)以及希尔伯特变换(HT)成功地提取了开孔屋盖系统第一模态的阻尼比，并与理论结果进行了比较，最终得出在紊流风场中孔口阻尼以粘滞阻尼为主的结论。论文最后根据粘滞阻尼的特性给出了开孔率的准确定义，并导出了临界开孔率的公式，为建筑抗风设计提供了重要的参考依据。     

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...     

浮放运输货物在冲击载荷下倾覆风险研究

目的 对浮放运输货物在车辆冲击载荷下摇摆特性进行分析和其倾覆风险评价。方法 将浮放运输的货物或包装件简化为刚性质量块,载运车辆建模为具有一定水平加速度载荷的刚性支座,推导出刚性质量块在加速度载荷下的摇摆运动控制方程,通过试验设计测取车辆减速制动工况下冲击载荷波形,建立冲击载荷波数学表达式,采用理论分析方法在近似线性化范围内分析冲击载荷下刚性质量块的动态摇摆特性与倾覆风险。结果 刚性质量块在正向加速度载荷下进入摇摆,响应初始摇摆角度小于0并且倾覆是发生在自由振动状态下;绘制了刚性质量块在半正弦波冲击载荷下最小倾覆加速度频谱,存在一条边界线将频谱划分为安全区和倾覆区;刚性质量块的宽高比和稳定性呈正相关。结论 通过转变为刚性质量块摇摆响应系统问题线性近似研究了浮放运输货物的摇摆特性和倾覆风险。