耗能型防落梁裝置是由普通拉索式防落梁裝置改進而來的,其主要吸能部件為吸能控制管,由擴徑管和鋁蜂窩緩沖器組成。為了給鋁蜂窩緩沖器的設(shè)計與優(yōu)化提供可靠的理論依據(jù),建立了鋁蜂窩軸向壓縮簡化模型,對其軸向壓縮應力進行了分析、推導并采用有限元模擬和借鑒相關(guān)文獻試驗數(shù)據(jù)進行了驗證,同時分析了加載速率對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對其吸能特性的影響,并通過橋梁工程實例來分析和評價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:鋁蜂窩軸向壓縮簡化模型精度較高,理論計算值相對于有限元計算值的偏差平均值為4.53%,相對于文獻試驗值的偏差平均值為6.47%;隨著加載速率的提高,鋁蜂窩材料的單位體積吸能值、初始峰值應力和屈服平均應力均有所提高;在鋁蜂窩芯鋁箔厚度或蜂窩邊長一定的情況下,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

【文章頁數(shù)】：12 頁

【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,材料模型選用與應變率相關(guān)的材料模型(*MAT_PLASTIC _KINEMATIC);沖擊鋼塊選擇SOLID164實體單元,材料模型選擇剛體(*MAT_RIGID),定義剛體無轉(zhuǎn)動,只允許其沿Z軸向運動。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速率下的有限元計算和文獻[9]試驗得到的壓縮應力-應變曲線,其中文獻數(shù)據(jù)為INSTRON標準沖擊試驗機(INSTRON DYNATUP 9250HV)對鋁蜂窩試件在初速率為5 m/s進行的壓縮試驗,由于加載速率由5m/s逐漸變?yōu)?,因此試驗可近似在平均速率為2.5 m/s速率下進行的壓縮試驗。將應力-應變曲線簡化為如圖9(c)所示,由圖中可以看出:鋁蜂窩材料的應力應變曲線具有三個明顯的變形階段,分別是彈性變形階段、穩(wěn)定屈服階段以及致密化階段,這三個階段中鋁蜂窩材料具有不同的力學性能,見表3。由于穩(wěn)定屈服階段有明顯的應力平臺,因此選取此階段的應力平均值作為有限元計算值。

【參考文獻】：
期刊論文
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[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)
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[7]幾種航空鋁材動態(tài)力學性能實驗[J]. 趙壽根,何著,楊嘉陵,程偉.  北京航空航天大學學報. 2007(08)
[8]關(guān)于應變率敏感系數(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蜂窩緩沖器及全機軟著陸沖擊研究[D]. 盧志強.哈爾濱工業(yè)大學 2015
[2]鋁蜂窩靜動態(tài)壓縮行為研究[D]. 唐爽.中南大學 2014



本文編號：2921471