耗能型防落梁装置铝蜂窝缓冲器轴向吸能特性研究
发布时间：2020-12-17 05:17
耗能型防落梁装置是由普通拉索式防落梁装置改进而来的,其主要吸能部件为吸能控制管,由扩径管和铝蜂窝缓冲器组成。为了给铝蜂窝缓冲器的设计与优化提供可靠的理论依据,建立了铝蜂窝轴向压缩简化模型,对其轴向压缩应力进行了分析、推导并采用有限元模拟和借鉴相关文献试验数据进行了验证,同时分析了加载速率对铝蜂窝材料吸能特性的影响。此外分析了铝蜂窝芯铝箔厚度和蜂窝边长对其吸能特性的影响,并通过桥梁工程实例来分析和评价铝蜂窝缓冲器在吸能控制管中的吸能作用。研究结果表明:铝蜂窝轴向压缩简化模型精度较高,理论计算值相对于有限元计算值的偏差平均值为4.53%,相对于文献试验值的偏差平均值为6.47%;随着加载速率的提高,铝蜂窝材料的单位体积吸能值、初始峰值应力和屈服平均应力均有所提高;在铝蜂窝芯铝箔厚度或蜂窝边长一定的情况下,两者之比β值越大,铝蜂窝缓冲器吸能性能越好;配置了铝蜂窝缓冲器的吸能控制管,其总吸能值平均增大率为18.56%,最大增大率为29.51%,吸能性能提升最大可达近30%,在消耗地震能量方面将发挥显著的作用。
【文章来源】：世界地震工程. 2020年03期 北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
吸能控制管
使用ANSYS LS-DYNA建立铝蜂窝单元组合体的有限元计算模型,如图8所示。铝蜂窝单元铝箔和上下铝蒙皮材料选用SHELL163壳单元,材料模型选用与应变率相关的材料模型(*MAT_PLASTIC _KINEMATIC);冲击钢块选择SOLID164实体单元,材料模型选择刚体(*MAT_RIGID),定义刚体无转动,只允许其沿Z轴向运动。模型定义了*CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE接触,以检查是否发生穿透现象,在冲击钢块和铝蒙皮之间定义*CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE接触,铝蒙皮与铝蜂窝芯之间均设置了*CONTACT_AUTOMATIC_NODES_TO_SURFACE接触。铝蜂窝单元组合体底部施加固定约束,冲击钢块以匀速率1m/s、2.5m/s、5m/s和10m/s竖直下落冲击铝蜂窝单元组合体。各材料参数见表1。
图9(a)和图9(b)是试件A05-04试件在2.5 m/s速率下的有限元计算和文献[9]试验得到的压缩应力-应变曲线,其中文献数据为INSTRON标准冲击试验机(INSTRON DYNATUP 9250HV)对铝蜂窝试件在初速率为5 m/s进行的压缩试验,由于加载速率由5m/s逐渐变为0,因此试验可近似在平均速率为2.5 m/s速率下进行的压缩试验。将应力-应变曲线简化为如图9(c)所示,由图中可以看出:铝蜂窝材料的应力应变曲线具有三个明显的变形阶段,分别是弹性变形阶段、稳定屈服阶段以及致密化阶段,这三个阶段中铝蜂窝材料具有不同的力学性能,见表3。由于稳定屈服阶段有明显的应力平台,因此选取此阶段的应力平均值作为有限元计算值。
【参考文献】：
期刊论文
[1]吸能型连梁装置吸能部件结构设计及有限元分析[J]. 邢心魁,王逸飞,雷震霖,李秦. 铁道建筑. 2019(06)
[2]低速冲击下铝蜂窝夹层板的动态响应研究[J]. 齐佳旗,段玥晨,李成,铁瑛,侯玉亮. 玻璃钢/复合材料. 2019(05)
[3]桥梁吸能型连梁装置控制管冲击轴向荷载与吸能形式[J]. 邢心魁,李秦,雷震霖. 工程抗震与加固改造. 2019(01)
[4]新型能量吸收型落梁防止装置[J]. 邢心魁,李亚,朱元. 公路. 2017(10)
[5]桥梁吸能型连梁装置控制管吸能特性研究[J]. 邢心魁,王逸飞. 工程抗震与加固改造. 2017(05)
[6]金属蜂窝异面压缩下平均压缩应力的理论模型[J]. 罗昌杰,周安亮,刘荣强,邓宗全,李萌. 机械工程学报. 2010(18)
[7]几种航空铝材动态力学性能实验[J]. 赵寿根,何著,杨嘉陵,程伟. 北京航空航天大学学报. 2007(08)
[8]关于应变率敏感系数的定义(英文)[J]. 赵亚溥,刘胜. Chinese Journal of Aeronautics. 2001(02)
硕士论文
[1]载人登月飞行器用多级蜂窝缓冲器及全机软着陆冲击研究[D]. 卢志强.哈尔滨工业大学 2015
[2]铝蜂窝静动态压缩行为研究[D]. 唐爽.中南大学 2014
本文编号：2921471
【文章来源】：世界地震工程. 2020年03期 北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
吸能控制管
使用ANSYS LS-DYNA建立铝蜂窝单元组合体的有限元计算模型,如图8所示。铝蜂窝单元铝箔和上下铝蒙皮材料选用SHELL163壳单元,材料模型选用与应变率相关的材料模型(*MAT_PLASTIC _KINEMATIC);冲击钢块选择SOLID164实体单元,材料模型选择刚体(*MAT_RIGID),定义刚体无转动,只允许其沿Z轴向运动。模型定义了*CONTACT_AUTOMATIC_SINGLE_SURFACE接触,以检查是否发生穿透现象,在冲击钢块和铝蒙皮之间定义*CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE接触,铝蒙皮与铝蜂窝芯之间均设置了*CONTACT_AUTOMATIC_NODES_TO_SURFACE接触。铝蜂窝单元组合体底部施加固定约束,冲击钢块以匀速率1m/s、2.5m/s、5m/s和10m/s竖直下落冲击铝蜂窝单元组合体。各材料参数见表1。
图9(a)和图9(b)是试件A05-04试件在2.5 m/s速率下的有限元计算和文献[9]试验得到的压缩应力-应变曲线,其中文献数据为INSTRON标准冲击试验机(INSTRON DYNATUP 9250HV)对铝蜂窝试件在初速率为5 m/s进行的压缩试验,由于加载速率由5m/s逐渐变为0,因此试验可近似在平均速率为2.5 m/s速率下进行的压缩试验。将应力-应变曲线简化为如图9(c)所示,由图中可以看出:铝蜂窝材料的应力应变曲线具有三个明显的变形阶段,分别是弹性变形阶段、稳定屈服阶段以及致密化阶段,这三个阶段中铝蜂窝材料具有不同的力学性能,见表3。由于稳定屈服阶段有明显的应力平台,因此选取此阶段的应力平均值作为有限元计算值。
【参考文献】：
期刊论文
[1]吸能型连梁装置吸能部件结构设计及有限元分析[J]. 邢心魁,王逸飞,雷震霖,李秦. 铁道建筑. 2019(06)
[2]低速冲击下铝蜂窝夹层板的动态响应研究[J]. 齐佳旗,段玥晨,李成,铁瑛,侯玉亮. 玻璃钢/复合材料. 2019(05)
[3]桥梁吸能型连梁装置控制管冲击轴向荷载与吸能形式[J]. 邢心魁,李秦,雷震霖. 工程抗震与加固改造. 2019(01)
[4]新型能量吸收型落梁防止装置[J]. 邢心魁,李亚,朱元. 公路. 2017(10)
[5]桥梁吸能型连梁装置控制管吸能特性研究[J]. 邢心魁,王逸飞. 工程抗震与加固改造. 2017(05)
[6]金属蜂窝异面压缩下平均压缩应力的理论模型[J]. 罗昌杰,周安亮,刘荣强,邓宗全,李萌. 机械工程学报. 2010(18)
[7]几种航空铝材动态力学性能实验[J]. 赵寿根,何著,杨嘉陵,程伟. 北京航空航天大学学报. 2007(08)
[8]关于应变率敏感系数的定义(英文)[J]. 赵亚溥,刘胜. Chinese Journal of Aeronautics. 2001(02)
硕士论文
[1]载人登月飞行器用多级蜂窝缓冲器及全机软着陆冲击研究[D]. 卢志强.哈尔滨工业大学 2015
[2]铝蜂窝静动态压缩行为研究[D]. 唐爽.中南大学 2014
本文编号：2921471
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