Estudo dos fatores que influenciam a curva de deslocamento de carga do dispositivo de absorção de energia por simulação de divisão de área

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 13492 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Um dispositivo de absorção de energia pré-dobrado, que é o principal dispositivo de absorção de energia anti-impacto para suporte rodoviário, é testado por compressão quase estática e simulado. O dispositivo de absorção de energia é dividido em zonas, e a influência da área na curva de deslocamento de carga do dispositivo de absorção de energia é estudada de acordo com a área. Verifica-se que o erro da simulação numérica está dentro de 5%, indicando que o procedimento de modelagem por elementos finitos é adequado para o problema aqui analisado. O dispositivo esmaga seguindo o padrão de origami pré-dobrado em uma progressiva estável. O dispositivo foi dividido em quatro áreas: a região de abertura superior e inferior da superfície côncava quatro cantos; as demais áreas de regiões de abertura; a borda da dobra do meio; a borda dos quatro lados ao redor. Cada área tem efeito no primeiro estágio de queda e no segundo estágio de subida da curva de deslocamento de carga. A área da borda da dobra intermediária tem um efeito no valor de carga de pico da curva de deslocamento de carga. Quatro indicadores de pico de carga, carga média, eficiência de carga e absorção de energia específica foram gerados a partir dos resultados da simulação numérica. O aumento da resistência da região do canto pode garantir o dispositivo de absorção de energia com baixa carga de pico e alta carga média de esmagamento. As outras áreas de regiões de abertura afetam a primeira descida e a segunda subida da curva. O primeiro estágio ascendente suporta a carga da borda intermediária.

Com a mineração de recursos de carvão em profundidade, acidentes de explosão de rochas ocorrem com frequência, o que afetou a segurança da face de trabalho e da estrada. Explosão de rocha em mina de carvão refere-se ao fenômeno dinâmico em que a rocha ao redor do poço ou da face de trabalho repentinamente sofre danos graves devido à liberação instantânea de energia de deformação elástica, que geralmente é acompanhada pela queda de carvão e rocha, enorme ruído e ondas de gás . É destrutivo e um dos maiores desastres em minas de carvão. A tecnologia eficaz de prevenção e controle de explosão de rochas é o método de suporte1. É um método de proteção passiva para melhorar a capacidade do corpo de suporte de resistir à explosão de rochas, aumentando a resistência do suporte ou melhorando o método de suporte. A face de trabalho tem suporte e a estrada também precisa de suporte. O suporte rodoviário inclui uma variedade de tipos. Lv et al.2,3 estabeleceram um modelo mecânico de estrutura de suporte de absorção de energia rígida-flexível. Cheng et al.4 elabora seu mecanismo anti-surge eficaz contra cargas de impacto por meio das características de deformação do suporte do suporte. Zhang et al.5 propuseram tipos de falha de suporte de haste de ancoragem (cabo) e estrutura em U e tecnologia de controle. Zhang et al.6,7,8 verificam a eficácia da aplicação de suportes de portal para resolver problemas práticos de engenharia em projetos reais. Fan et al.9 propuseram três indicadores de alerta do quadro de pressão com base na identificação da posição do stent. Chen et al.10 projetaram e desenvolveram um suporte hidráulico de blindagem flexível automovimentável, que foi aplicado com sucesso na mineração de veios de carvão fortemente inclinados. Zhang et al.11 analisam o desempenho mecânico do suporte hidráulico de shield caving de duas escoras. Tian, ​​Q.12 desenvolveu um suporte hidráulico do tipo escudo de suporte para fornecer uma referência técnica para evitar que o suporte hidráulico tombe e deslize na mineração de jazidas de carvão de grande inclinação. O suporte de coluna hidráulica é um meio importante, o suporte anti-impacto de absorção de energia13,14,15 é uma forma eficaz, que pode alcançar o efeito de suporte cedendo e cedendo.

O dispositivo de absorção de energia é uma parte fundamental do suporte no sistema de suporte de absorção de energia. Ele pode liberar o impacto da rocha circundante por rendimento rápido e proteger o sistema de suporte contra danos16. Tem havido muitos estudos sobre dispositivos de absorção de energia em outros campos. No campo do tráfego, como prevenção de colisão de veículos, papel de suporte no processo de colisão de porão de carga de aeronave e papel de prevenção de colisão em colisão de veículo ferroviário moderno17,18,19,20,21. Os dispositivos absorvedores de energia aparecem como uma dobra progressiva em compressão axial, e a deformação plástica da dobra pode absorver grande quantidade de energia22. Nos últimos anos, muitos especialistas e estudiosos otimizaram o projeto da capacidade de absorção de energia dos dispositivos de absorção de energia. Wang et al.23 melhora a capacidade de absorção de energia otimizando a geometria da seção transversal do dispositivo de absorção de energia. Tarlochan et al.24 seleciona estruturas de paredes finas com formas transversais que atendem aos requisitos de desempenho para melhorar o desempenho em colisões. A, A. Nia. et al.25 constataram que o tubo circular tem a maior capacidade de absorção de energia e a maior força média entre todas as seções investigadas, estudando tubos de paredes finas com diferentes formas de seção transversal. O Zarei 26 aplicou a tecnologia de otimização multidesign para otimizar o preenchimento de favo de mel de alumínio para maximizar a absorção de energia e energia específica. Yalcin 27 mostrou por meio de experimentos que o tubo de alumínio circular preenchido com espuma de PVC adequado tem um efeito significativo na capacidade de absorção de energia. Xing et al.28 analisaram as características axiais de absorção de energia de tampões alveolares de alumínio por meio de exemplos de engenharia e simulações numéricas. Zhang et al.29 discutem a relação entre os parâmetros de forma da célula alveolar e o desempenho dinâmico do isolador. Yuan et al.30 podem efetivamente melhorar a capacidade de absorção de energia da estrutura composta, otimizando a composição do material e o projeto da estrutura. Na área de mineração, existem muitos estudos sobre suportes, mas a pesquisa sobre dispositivos absorvedores de energia pré-dobrados não é suficiente.