轴裂式构件变形吸能特性研究及工程应用初探

为使锚杆适应深埋巷道围岩大变形,有效防治巷道冲击地压灾害,设计了一种适用于锚杆的轴裂式防冲吸能构件。通过理论分析与室内试验,研究了轴裂式吸能构件的变形特性、吸能效果等;探讨构件在锚杆中的应用方式与工作原理,初探了其工程试验效果。研究表明,轴裂式吸能构件撕裂变形稳定,形成"螺旋式"扩展板条,具有良好的可重复性与可控性;构件吸能作用全程具有"峰值轴力波动吸能段、恒定轴力稳定吸能段"两阶段特性,且吸能构件经过预撕裂加工可消除波动载荷,使恒定轴力稳定吸能行程效率达到100%;采用内径26 mm、壁厚4 mm,预制导裂切线4或6条的吸能构件,其恒定轴力达到111.8~143.1 k N,相应吸能量达5.77~8.93 k J,构件恒定载荷值及其吸能量的试验结果与理论分析结果相符合。现场试验表明,轴裂式构件能较好地启动劈裂,实现让压耗能。

金属圆管劈裂变形及吸能安全特性研究

为开发新型轴向劈裂式锚杆吸能构件,试验研究内径为26 mm,壁厚分别为3和4 mm的金属圆管试件劈裂变形及吸能安全特性,采用能量法分析其吸能原理。结果表明,试件劈裂吸能过程分为峰值载荷阶段和恒定载荷阶段,其中,恒定载荷阶段恒定载荷为59.34116.60 k N,其作用下的吸能量为4.9211.47 k J;试件劈裂过程中变形稳定,形成"螺旋"板条,试件主要通过扩径塑性变形、管壁撕裂、板条摩擦耗散能量;试件恒定载荷值及相应吸能量试验结果与理论结果相符。

恒定内压金属圆管受轴向冲击的吸能特性研究

为了研究承受内压预载金属圆管在轴向冲击载荷下的力学行为和吸能特性,基于Abaqus对承受恒定内压预载的R/t较小的金属圆管轴向冲击进行有限元分析,同时考虑到初始几何缺陷、预加载引起的初始几何形变等因素的影响,在有限元仿真时建立相应的对照组。仿真结果表明:随着内压载荷的增加,圆管轴向变形半波长和圆管变形的偏心率m都逐渐增加,褶皱的厚度越来越大;内压状态时,初始峰值力和平均轴向压缩力都有大幅度的降低,峰值力降低的数值比对平均峰值力降低的更大;存在内压预载的冲击模型对初始几何缺陷很不敏感。

轴向预压金属圆管受轴向冲击的吸能特性研究

为了研究轴向预压金属圆管在轴向冲击载荷下的力学行为和吸能特性,基于Abaqus对承受轴向预压的半径厚度比R/t为15的金属圆管轴向冲击进行了有限元分析,同时考虑到初始几何缺陷、预加载引起的初始几何形变、边界条件等因素的影响,在有限元仿真时建立了相应的对照组。仿真结果表明:(1)固定端简支条件下比固支条件下出现的变形模式更为复杂,吸能特性和其对应变形模式有很大关系,当非对称褶皱较多时,吸能特性变差;(2)初始几何缺陷可以诱导圆管产生非轴对称褶皱,而轴向预压圆管对初始几何缺陷不太敏感,较小的预压可以抵消初始几何缺陷的作用。

金属圆管抗卷曲劈裂变形吸能特性研究

为研究小尺寸、高吸能比率的安全防护吸能元件及其吸能特性,试验对比研究了壁厚3mm与4mm、内径均为26mm的两种类型金属圆管在抗卷曲轴向劈裂过程中的变形及能量吸收特性,并采用能量法分析了其吸能原理。研究结果表明:试件劈裂吸能过程可分为"波动载荷"吸能阶段和"恒定载荷"吸能阶段,恒定载荷值达71.9~143.1kN,相应的恒定载荷吸能量达4.74~7.61kJ,劈裂作用全程吸能总量达到5.68~11.24kJ;试件轴向劈裂变形稳定,形成放射状"螺旋式"扩展管条或"非螺旋式"扩展管条;试件劈裂过程主要是通过扩径塑性变形、管壁撕裂、管条摩擦、管条塑性展平耗散能量;试件恒定载荷值及相应吸能量的试验结果与理论分析结果相符合。由此,抗卷曲条件下金属圆管劈裂过程可实现恒定载荷的高效吸能作用。