Studio dei fattori che influenzano la curva di spostamento del carico del dispositivo di assorbimento di energia mediante simulazione della divisione dell'area

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 13492 (2022) Citare questo articolo

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Un dispositivo di assorbimento di energia prepiegato, che è il dispositivo chiave di assorbimento di energia anti-impatto per il supporto stradale, viene testato mediante compressione quasi statica e simulato. Il dispositivo di assorbimento di energia è diviso in zone e l'influenza dell'area sulla curva di spostamento del carico del dispositivo di assorbimento di energia viene studiata in base all'area. Si è riscontrato che l'errore della simulazione numerica è entro il 5%, indicando che la procedura di modellazione degli elementi finiti è appropriata per il problema qui analizzato. Il dispositivo si schiaccia seguendo il modello dell'origami prepiegato in modo progressivo e stabile. Il dispositivo era diviso in quattro aree: la regione di apertura superiore e inferiore della superficie concava quattro parti angolari; le altre aree di apertura delle regioni; il bordo della piega centrale; il bordo dei quattro lati circostanti. Ciascuna area ha effetto sul primo stadio di caduta e sul secondo stadio di salita della curva di spostamento del carico. L'area del bordo della piega centrale ha un effetto sul valore di carico di picco della curva di spostamento del carico. Dai risultati della simulazione numerica sono stati generati quattro indicatori di carico di picco, carico medio, efficienza di carico e assorbimento di energia specifica. Il potenziamento della resistenza della regione angolare può garantire al dispositivo di assorbimento di energia un carico di picco basso e un carico di schiacciamento medio elevato. Le altre zone di regioni di apertura interessano la prima discendente e la seconda ascendente della curva. La prima fase di salita sostiene il carico dal bordo centrale.

Con l'estrazione delle risorse di carbone in profondità, si verificano frequentemente incidenti dovuti a scoppio di massi, che hanno influito sulla sicurezza del fronte di lavoro e della carreggiata. Lo scoppio di roccia in una miniera di carbone si riferisce al fenomeno dinamico per cui la roccia attorno al pozzo o al fronte di lavoro subisce improvvisamente gravi danni a causa del rilascio istantaneo di energia di deformazione elastica, che è spesso accompagnata dalla caduta di carbone e roccia, da enormi onde di rumore e di gas . È distruttivo e uno dei maggiori disastri nelle miniere di carbone. L'efficace tecnologia di prevenzione e controllo dello scoppio di massi è il metodo di supporto1. È un metodo di protezione passiva per migliorare la capacità del corpo di supporto di resistere allo scoppio delle rocce aumentando la resistenza del supporto o migliorando il metodo di supporto. Il fronte di lavoro ha supporto e anche la carreggiata ha bisogno di supporto. Il supporto stradale comprende una varietà di tipi. Lv et al.2,3 hanno stabilito un modello meccanico di struttura di supporto rigida-flessibile che assorbe energia. Cheng et al.4 elaborano il suo efficace meccanismo anti-surge contro i carichi d'impatto mediante caratteristiche di deformazione del cuscinetto della staffa. Zhang et al.5 hanno proposto tipi di guasto del supporto dell'asta di ancoraggio (cavo) e del telaio a forma di U e tecnologia di controllo. Zhang et al.6,7,8 verifica l'efficacia dell'applicazione di staffe a portale per risolvere problemi pratici di ingegneria in progetti reali. Fan et al.9 hanno proposto tre indicatori di avvertimento del telaio di pressione basati sull'identificazione della posizione dello stent. Chen et al.10 hanno progettato e sviluppato un supporto idraulico a scudo flessibile semovente, che è stato applicato con successo nell'estrazione di giacimenti di carbone fortemente inclinati. Zhang et al.11 analizzano le prestazioni meccaniche del supporto idraulico da speleologia a due puntelli. Tian, ​​Q.12 ha sviluppato un supporto idraulico del tipo a scudo di supporto per fornire un riferimento tecnico per evitare che il supporto idraulico si ribalti e scivoli nell'estrazione di giacimenti di carbone con grande inclinazione. Il supporto idraulico della colonna è un mezzo importante, il supporto anti-impatto per l'assorbimento di energia13,14,15 è una forma efficace, che può ottenere l'effetto di supporto cedendo e cedendo.

Il dispositivo di assorbimento dell'energia è una parte fondamentale del supporto nel sistema di supporto dell'assorbimento di energia. Può alleviare l'impatto della roccia circostante con un rapido cedimento e proteggere il sistema di supporto da eventuali danni16. Sono stati condotti molti studi sui dispositivi di assorbimento dell'energia in altri campi. Nel campo del traffico, come la prevenzione degli incidenti automobilistici, il ruolo di supporto nel processo di incidente nella stiva del carico aereo e il ruolo di prevenzione degli incidenti nelle collisioni dei moderni veicoli ferroviari17,18,19,20,21. I dispositivi di assorbimento di energia appaiono come una piega progressiva in compressione assiale e la deformazione plastica della piega può assorbire una grande quantità di energia22. Negli ultimi anni, molti esperti e studiosi hanno ottimizzato la progettazione della capacità di assorbimento di energia dei dispositivi di assorbimento di energia, Wang et al.23 migliora la capacità di assorbimento di energia ottimizzando la geometria della sezione trasversale del dispositivo di assorbimento di energia. Tarlochan et al.24 selezionano strutture a pareti sottili con forme di sezione trasversale che soddisfano i requisiti prestazionali per migliorare le prestazioni in caso di incidente. A, A. Nia. et al.25 hanno scoperto che il tubo circolare ha la maggiore capacità di assorbimento di energia e la forza media maggiore tra tutte le sezioni studiate studiando tubi a pareti sottili con diverse forme di sezione trasversale. Zarei 26 ha applicato la tecnologia di ottimizzazione multidesign per ottimizzare il nido d'ape riempito di alluminio per massimizzare l'assorbimento di energia e di energia specifica. Yalcin 27 ha dimostrato attraverso esperimenti che il tubo circolare di alluminio riempito con schiuma di PVC adeguato ha un effetto significativo sulla capacità di assorbimento dell'energia. Xing et al.28 hanno analizzato le caratteristiche di assorbimento dell'energia assiale dei buffer a nido d'ape in alluminio attraverso esempi ingegneristici e simulazioni numeriche. Zhang et al.29 discutono la relazione tra i parametri di forma della cella a nido d'ape e le prestazioni dinamiche dell'isolatore. Yuan et al.30 possono migliorare efficacemente la capacità di assorbimento di energia della struttura composita ottimizzando la composizione del materiale e la progettazione della struttura. Nel settore minerario esistono molti studi sui supporti, ma la ricerca sui dispositivi di assorbimento di energia prepiegati non è sufficiente.