Etude des facteurs influençant la courbe de déplacement de charge du dispositif d'absorption d'énergie par simulation de division de surface - Le lac des cygnes de Shijiazhuang Co., Ltd

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 13492 (2022) Citer cet article

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Un dispositif d'absorption d'énergie pré-plié, qui est le dispositif clé d'absorption d'énergie anti impact pour le soutènement de la chaussée, est testé en compression quasi-statique et simulé. Le dispositif d'absorption d'énergie est divisé en zones, et l'influence de la zone sur la courbe de déplacement de charge du dispositif d'absorption d'énergie est étudiée en fonction de la zone. On constate que l'erreur de simulation numérique est inférieure à 5%, indiquant que la procédure de modélisation par éléments finis est appropriée pour le problème analysé ici. L'appareil écrase en suivant le motif origami pré-plié dans une progression stable. Le dispositif était divisé en quatre zones : la région d'ouverture supérieure et inférieure de la surface concave quatre parties d'angle ; les autres domaines des régions d'ouverture; le bord du pli médian ; le bord environnant des quatre côtés. Chaque zone a un effet sur le premier étage de chute et le deuxième étage de montée de la courbe de déplacement de charge. La zone de bord de pli médian a un effet sur la valeur de charge maximale de la courbe de déplacement de charge. Quatre indicateurs de charge maximale, de charge moyenne, d'efficacité de charge et d'absorption d'énergie spécifique ont été générés à partir des résultats de la simulation numérique. L'amélioration de la résistance de la région d'angle peut garantir au dispositif d'absorption d'énergie une charge de pointe faible et une charge d'écrasement moyenne élevée. Les autres zones des régions d'ouverture affectent la première descente et la seconde montée de la courbe. Le premier étage montant supporte la charge du bord médian.

Avec l'extraction des ressources de charbon vers la profondeur, des accidents de coup de roche se produisent fréquemment, ce qui a affecté la sécurité du front de taille et de la chaussée. L'éclatement de roche dans une mine de charbon fait référence au phénomène dynamique selon lequel la roche autour du puits de forage ou de la face de travail subit soudainement de graves dommages en raison de la libération instantanée d'énergie de déformation élastique, qui s'accompagne souvent d'une chute de charbon et de roche, d'un bruit énorme et d'ondes de gaz. C'est destructeur et l'une des catastrophes majeures dans les mines de charbon. La technologie efficace de prévention et de contrôle des coups de toit est la méthode de soutien1. Il s'agit d'une méthode de protection passive pour améliorer la capacité du corps de support à résister aux coups de roche en augmentant la résistance du support ou en améliorant la méthode de support. Le front de taille est soutenu et la chaussée a également besoin de soutien. Le support routier comprend une variété de types. Lv et al.2,3 ont établi un modèle mécanique de structure de support rigide-flexible absorbant l'énergie. Cheng et al.4 élabore son mécanisme anti-pompage efficace contre les charges d'impact au moyen des caractéristiques de déformation des supports de support. Zhang et al.5 ont proposé des types de rupture de support de tige d'ancrage (câble) et de cadre en forme de U et une technologie de contrôle. Zhang et al.6,7,8 vérifient l'efficacité de l'application de supports de portail pour résoudre des problèmes d'ingénierie pratiques dans des projets réels. Fan et al.9 ont proposé trois indicateurs d'avertissement de cadre de pression basés sur l'identification de la position du stent. Chen et al.10 ont conçu et développé un support hydraulique à bouclier flexible auto-mobile, qui a été appliqué avec succès dans l'extraction de filons de charbon fortement inclinés. Zhang et al.11 analysent les performances mécaniques d'un support hydraulique à deux étais. Tian, Q.12 a développé un support hydraulique de type bouclier de support pour fournir une référence technique pour empêcher le support hydraulique de basculer et de glisser dans l'extraction de couches de charbon à grande inclinaison. Le support de colonne hydraulique est un moyen important, le support anti-impact d'absorption d'énergie13,14,15 est une forme efficace, qui peut obtenir l'effet de support en cédant et en cédant.

Le dispositif d'absorption d'énergie est un élément clé du support dans le système de support d'absorption d'énergie. Il peut libérer l'impact de la roche environnante par un rendement rapide et protéger le système de support contre les dommages16. Il y a eu de nombreuses études sur les dispositifs d'absorption d'énergie dans d'autres domaines. Dans le domaine du trafic, comme la prévention des accidents de véhicules, le rôle de soutien dans le processus d'accident de soute d'avion et le rôle de prévention des accidents dans les collisions de véhicules ferroviaires modernes17,18,19,20,21. Les dispositifs d'absorption d'énergie se présentent comme un pli progressif en compression axiale, et la déformation plastique du pli peut absorber une grande quantité d'énergie22. Ces dernières années, de nombreux experts et universitaires ont optimisé la conception de la capacité d'absorption d'énergie des dispositifs d'absorption d'énergie, Wang et al.23 améliorent la capacité d'absorption d'énergie en optimisant la géométrie en coupe transversale du dispositif d'absorption d'énergie. Tarlochan et al.24 sélectionnent des structures à parois minces avec des formes en coupe qui répondent aux exigences de performance pour améliorer les performances en cas de collision. A, A. Nia. et al.25 ont découvert que le tube circulaire a la plus grande capacité d'absorption d'énergie et la force la plus moyenne parmi toutes les sections étudiées en étudiant des tubes à paroi mince avec différentes formes de section. Zarei 26 a appliqué la technologie d'optimisation multiconception pour optimiser le nid d'abeille rempli d'aluminium afin de maximiser l'absorption d'énergie et d'énergie spécifique. Yalcin 27 a montré par des expériences que le bon tube circulaire en aluminium rempli de mousse de PVC a un effet significatif sur la capacité d'absorption d'énergie. Xing et al.28 ont analysé les caractéristiques d'absorption d'énergie axiale des tampons en nid d'abeilles en aluminium à l'aide d'exemples d'ingénierie et de simulations numériques. Zhang et al.29 discutent de la relation entre les paramètres de forme de la cellule en nid d'abeille et les performances dynamiques de l'isolateur. Yuan et al.30 peuvent améliorer efficacement la capacité d'absorption d'énergie de la structure composite en optimisant la composition du matériau et la conception de la structure. Dans le domaine minier, il existe de nombreuses études sur les supports, mais les recherches sur les dispositifs d'absorption d'énergie prépliés ne suffisent pas.

Le mécanisme de fonctionnement du dispositif d'absorption d'énergie est que le dispositif d'absorption d'énergie convertit l'énergie d'impact dans le processus de collision en énergie de déformation plastique par ses propres formes de flambage, de fracture et d'autres formes de défaillance. Plus la zone de déformation plastique de la structure est grande, plus l'énergie absorbée et convertie dans le processus de déformation est importante. Le processus de pliage et les propriétés mécaniques d'un dispositif d'absorption d'énergie pré-plié ont été étudiés par un test de compression quasi-statique et simulé par ABAQUS, les caractéristiques et les causes de la courbe de déplacement de charge du dispositif d'absorption d'énergie ont été analysées, le processus d'impact détermine que le support doit d'abord être abandonné puis résisté. La meilleure courbe de support doit être une résistance constante. La courbe d'absorption d'énergie du support a la plus grande absorption d'énergie et la plus forte résistance. La plupart des courbes d'absorption d'énergie existantes sont en forme de W. Par conséquent, il est nécessaire d'étudier le dispositif d'absorption d'énergie, d'améliorer l'effet de support, d'améliorer la capacité portante des colonnes, d'améliorer le niveau d'application des composants d'absorption d'énergie et d'améliorer la capacité de support du support d'absorption d'énergie.

Basé sur la simulation numérique de l'essai de compression quasi-statique sur le dispositif d'absorption d'énergie, cet article étudie les caractéristiques de la courbe de déplacement de charge du dispositif d'absorption d'énergie. Partant du principe que le dispositif d'absorption d'énergie est basé sur le zonage des contraintes, cet article compare les paramètres du dispositif d'absorption d'énergie après renforcement dans différentes zones, et propose enfin les objectifs d'optimisation et les pratiques d'ingénierie pour le dispositif d'absorption d'énergie.

Ce cas de dispositif d'absorption d'énergie dans une mine de charbon est situé dans la province du Henan, en Chine. La chaussée de la mine de charbon est soutenue par un treillis d'ancrage, des tiges d'ancrage, des câbles d'ancrage, des hangars de levage hydrauliques et un support hydraulique pour la prévention des coups de roche31. Le support hydraulique dans la chaussée de la mine de charbon adopte un dispositif anti-impact à absorption d'énergie, illustré à la Fig. 1. Sa structure principale se compose de quatre parties : une poutre supérieure arquée, une base à micro-arc, une colonne hydraulique et un dispositif anti-impact, formant une structure de cadre arquée symétrique, illustrée à la Fig. 2. La poutre supérieure arquée est principalement utilisée pour supporter la roche environnante au sommet de la chaussée. Trois colonnes hydrauliques sont supportées entre les poutres supérieure et inférieure, fournissant une résistance de travail pour le support. Le dispositif d'absorption d'énergie fournit une résistance de travail avec la colonne pendant un support quasi-statique et peut rapidement se déformer et absorber de l'énergie en cas d'impact soudain et important de roches environnantes, de manière à réaliser un processus de déformation de l'ensemble du support.

Photographie d'un support anti-choc à absorption d'énergie dans la chaussée.

Emplacement du dispositif d'absorption d'énergie dans la structure.

Le dispositif d'absorption d'énergie utilise le motif origami32. La dimension du dispositif est illustrée à la Fig. 3. Le changement de l'angle des plis inclinés correspond à la forme de la plaque murale et à la hauteur du cylindre. Étant donné que la déformation du carré pré-plié est un modèle fixe et prévisible, elle peut être appliquée en tant que dispositif d'absorption d'énergie paramétrable en étudiant la relation entre sa relation géométrique, les propriétés du matériau et les caractéristiques de flambement de la structure carrée pré-pliée.

Dimensions du dispositif d'absorption d'énergie pré plié.

Théoriquement, en pliant progressivement une feuille plate le long des plis puis en joignant les deux bords libres opposés, une boîte pré-pliée en origami carré illustrée à la Fig. 3(a) peut être construite33. En fait, le dispositif d'absorption d'énergie est composé de Q69034, l'une des plaques d'acier à haute résistance en Chine34. La plaque d'acier a une épaisseur de 10 mm et ne peut pas être pliée et entourée par une plaque d'acier entière. Le dispositif d'absorption d'énergie est traité par soudage bout à bout de deux demi-coquilles dans leur ensemble. Les étapes spécifiques sont les suivantes : (1) Découpe de plaques d'acier ; (2) Pliage de la demi-coque ; (3) rognage des bords ; (4) Soudage bout à bout ; (5) Traitement thermique. La demi-coque de l'échantillon de tube carré pré-plié est pliée et pressée par un groupe de moules et leur presse de support, comme illustré à la Fig. 4. Afin d'éviter des dommages excessifs en position de pliage, la plaque d'acier doit être préchauffée avant le pliage. L'échantillon de tube carré pré-plié formé est d'abord trempé, puis revenu pour éliminer la contrainte résiduelle au niveau de la courbure de la plaque d'acier et près de la soudure. Un tel processus affecte inévitablement les propriétés mécaniques du dispositif d'absorption d'énergie, affectant ainsi les performances anti-impact du support de chaussée.

Production de tube carré pré plié pour dispositif d'absorption d'énergie.

Un test de compression quasi-statique a été effectué sur le dispositif d'absorption d'énergie pour obtenir la courbe de déplacement de charge et la caractéristique d'absorption d'énergie. La machine d'essai hydraulique à servocommande portant le numéro de modèle RLJW-2000 a été utilisée pour le chargement au moyen d'un chargement par déplacement. La plage de charge dynamique était de 3000 kN et la vitesse de charge maximale était de 8 m/s. L'ensemble du processus de déformation a été observé par photographie haute définition. Dans le même temps, la déformation de déplacement et la pression d'impact ont été mesurées.

L'objet de recherche de cet article est le dispositif d'absorption d'énergie pré-plié en acier à haute résistance, qui a une grande déformation, de sorte que le progiciel d'analyse par éléments finis ABAQUS/Explicit35 a été appliqué pour simuler le processus de compression axiale. Le test de compression a été modélisé comme le dispositif d'absorption d'énergie se tenant sur un panneau rigide fixe fixe et étant comprimé par un mobile avec le taux de charge du test. Le déplacement vers le bas a été attribué au panneau rigide mobile pour contrôler le processus de compression au degré libre, et la définition d'amplitude lisse intégrée à ABAQUS a été attribuée au contrôle du taux de chargement. La distance finale de simulation de compression était de 120 mm. Des éléments de coque à quatre nœuds avec une intégration réduite S4R ont été utilisés pour mailler le dispositif. L'auto-contact a été utilisé pour modéliser les contacts entre l'appareil lui-même. Les bords supérieur et inférieur du dispositif étaient en relation de contact par frottement avec les panneaux rigides en considérant le coefficient de frottement pris égal à 0,3. Densité de 7650 kg/m3, module de Young de 210 GPa, limite d'élasticité de 690 MPa, épaisseur du dispositif d'absorption d'énergie de 6 mm, le pas est unique et dynamique explicite, et la période de temps de 0,02 s, nlgeom est activé, facteur d'échelle de temps de 1, la fréquence de sortie de champ est des intervalles de temps régulièrement espacés, l'intervalle de 200, déformation ultime de 0,2, Poisson rapport de 0,3 ont été utilisés pour décrire le critère de résistance/déformation du matériau, et les dimensions du dispositif étaient conformes à l'éprouvette.

La précision du calcul ABAQUS est affectée par le maillage36, comme le montre la Fig. 5, les courbes de déplacement de charge étaient totalement différentes selon le maillage. Le maillage global de 4 mm et le temps d'analyse de 0,02 s ont été choisis pour simuler. Le modèle d'appareil a été divisé en 7536 cellules de grille. Le modèle numérique est présenté à la Fig. 6.

Résultats de simulation de différentes tailles de maille.

Modèle de simulation numérique.

La courbe de déplacement de charge du test et de la simulation, avec le processus de compression dans le test, est illustrée à la Fig. 7, qui est en forme de W avec des fluctuations vers le haut et vers le bas comme indiqué ci-dessus. D'après la valeur numérique de la Fig. 7, la charge d'élasticité (Fmax) dans le test était de 3115,29 kN, approximativement égale à celle de la simulation dont la valeur est de 3020,51 kN. La capacité de charge minimale pendant la déformation (Fmin) dans le test était de 1604,22 kN, approximativement égale à celle de la simulation dont la valeur est de 1529,77 kN. L'erreur de la simulation numérique est inférieure à 5 %, ce qui indique que la procédure de modélisation par éléments finis est appropriée pour le problème analysé ici.

La courbe de déplacement de charge du test et de la simulation.

Bien que les courbes de déplacement de charge obtenues à partir du test de compression et de la simulation numérique soient approximativement les mêmes, en fait, les propriétés du matériau ont été modifiées en raison de la flexion et de la surchauffe pendant le processus de production, ce qui rend impossible de simuler avec précision la courbe de charge du dispositif d'absorption d'énergie. En raison de la référence 37, la contrainte du dispositif d'absorption d'énergie dans le processus de concassage varie selon les différentes régions. Il montre que le processus de production du dispositif d'absorption d'énergie affecte les propriétés matérielles de chaque position.

La figure 8 montre le processus de compression de l'appareil et les cartes de contour PEEQ correspondantes sont tracées. On peut voir que l'appareil s'écrase en suivant le motif origami pré-plié dans une progression stable. Au début, la zone médiane pré-pliée commence d'abord à se plier, tandis que la charge s'élève rapidement. À partir du PEEQ, la deuxième carte indique que deux paires de lignes d'articulation en plastique mobiles sont formées le long des quatre côtés, la charge a atteint son maximum. Au fur et à mesure que l'appareil était davantage comprimé, les lignes de charnière en plastique mobiles se sont éloignées les unes des autres, déformant les zones d'angle, comme on peut l'observer sur la troisième carte, la charge a commencé à chuter. La moitié supérieure de l'appareil s'est effondrée et la zone de pliage a généré une déformation de la pile. Après que la partie supérieure ait été totalement pliée, la partie inférieure a commencé à s'effondrer jusqu'à ce que tout l'appareil soit complètement écrasé. Il est prouvé que le dispositif a un processus de déformation stable et prévisible. On peut voir sur les cartes de contour PEEQ de la Fig. 8 que la déformation plastique a été limitée aux zones, telles que le bord, la ligne de pliage, le coin, tandis que les panneaux restants subissent une petite déformation plastique. Par conséquent, lors de l'analyse de la courbe de déplacement de charge du dispositif d'absorption d'énergie, celle-ci doit être divisée en différentes zones.

Processus d'écrasement et carte de contour PEEQ.

Selon les caractéristiques de la déformation en compression et des zones plastiques, le dispositif d'absorption d'énergie a été divisé en plusieurs zones différentes. Il a été divisé en quatre zones : la région d'ouverture supérieure et inférieure des quatre parties d'angle de la surface concave est nommée O1 ; les autres zones de régions d'ouverture nommées O2 ; le bord du pli médian nommé M ; le bord environnant des quatre côtés nommé RL, qui est illustré à la Fig. 9.

Schéma de partition modèle.

La courbe de déplacement de charge du dispositif d'absorption d'énergie a été affectée par l'évolution de la zone plastique, et la gamme des différentes zones a été calculée selon le tableau 1 suivant. L'appareil d'origine inchangé a été nommé IM à des fins de comparaison.

Sur la base des exigences de performance de différentes zones, quatre indicateurs de charge de pointe, de charge moyenne, d'efficacité de charge et d'absorption d'énergie spécifique38 ont été générés à partir des résultats de la simulation numérique, les indicateurs suivants sont décrits :

(1) Charge maximale

Dans l'éq. (1), F(s) est l'évolution temporelle de la charge dans le processus de compression. La charge maximale Fmax est la valeur seuil lorsque le dispositif d'absorption d'énergie commence à s'écraser.

(2) Charge moyenne

Dans l'éq. (2), S est le déplacement de compression total du dispositif d'absorption d'énergie. Fmean est l'absorption d'énergie par unité de déplacement de compression, qui reflète la capacité globale d'absorption d'énergie.

(3) Efficacité de la charge

Dans l'éq. (3), l'efficacité de la charge est le rapport de la charge moyenne à la charge maximale, FE ∈ (0,1). Plus la valeur est petite, plus la volatilité de la charge lors de la compression est forte, et plus elle est proche de 1, plus elle est stable.

(4) Absorption d'énergie spécifique

Dans l'éq. (4), m est la masse totale du dispositif d'absorption d'énergie, et E est l'absorption d'énergie totale du dispositif, qui est calculée par l'Eq. (5):

Les résultats des indicateurs d'évaluation sont présentés dans le tableau 2.

Selon les résultats de la simulation numérique, les courbes de déplacement de charge de l'absorption d'énergie dans les conditions de travail sont présentées à la Fig. 10.

Courbes de déplacement de charge.

Les données numériques du tableau 2 montrent que Fmax de O1-10 et O1-15 est de 3056,12 kN et 3046,42 kN séparément, était approximativement égale à celle de IM. La plage de la zone O1 n'affecte fondamentalement pas la charge de pointe de l'appareil. Fmean de O1-10 est de 2556,93 kN, 31,77 % et supérieur à celui de IM, tandis que FE de O1-10 est de 0,84, 31,25 % supérieur à celui de IM. O1-15 a presque les mêmes données numériques. Cela signifie que l'amélioration de la résistance de la région d'angle peut garantir au dispositif d'absorption d'énergie une faible charge de pointe et une charge d'écrasement moyenne élevée. En outre, le SEA de O1-10 et O1-15 est significativement amélioré, soit 31,78 % et 29,62 %, supérieur à celui de IM, respectivement.

On peut voir sur la Fig. 10a qu'il n'y a fondamentalement aucune différence de valeur de charge avant que le déplacement de compression ne soit de 20 mm, quels que soient les changements de zone O1. Le premier stade de déclin de O1-10 et O1-15 est significativement plus précoce que celui de IM. La charge a recommencé à monter lorsque le déplacement en compression est de 60 mm pour O1-10 et 65 mm pour O1-15, plus tôt que 70 mm pour IM. Cela signifie que la valeur minimale de O1-10 et O1-15 est supérieure à celle de IM. Par conséquent, on peut conclure que la courbe de déplacement de charge est stable. Avec l'augmentation de la largeur O1, la première section de déclin et la deuxième section de montée de la courbe de déplacement de charge ont tendance à être plates, indiquant que la région O1 affecte celle de la courbe.

Gardez la zone O1 modifiée, les données numériques du tableau 2 montrent que Fmax de O1-O2-10 et O1-O2-15 est de 3062,13 kN et 3048,15 kN séparément, était également approximativement égale à celle de IM. La région O2 n'affecte pas la fluctuation de la charge de pointe. La plage de la zone O2 n'affecte fondamentalement pas la charge de pointe de l'appareil. Fmean de O1-O2-10 est de 2576,31 kN, 32,77% et supérieur à celui de IM, alors que FE de O1-O2-10 est de 0,84, 31,25% supérieur à celui de IM. O1-O2-15 a presque les mêmes données numériques. Cela signifie que l'amélioration de la résistance de l'ouverture et de la région d'angle peut garantir au dispositif d'absorption d'énergie une faible charge de pointe et une charge d'écrasement moyenne élevée. En outre, le SEA de O1-O2-10 et O1-O2-15 est significativement amélioré, soit 32,79 % et 28,93 %, supérieur à celui de IM, respectivement. Sous l'influence de la région O1, la région O2 a peu d'effet sur la courbe.

On peut voir sur la figure 10b qu'il n'y a fondamentalement aucune différence de valeur de charge avant que le déplacement de compression ne soit de 20 mm, quels que soient les changements de région O2. Lorsque la largeur O1 est de 10 mm, lorsque le déplacement est compris entre 20 et 40 mm, la modification de la largeur O2 a entraîné une diminution de la courbe. Lorsque le déplacement est compris entre 50 et 80 mm, la courbure augmente. Cependant, lorsque la largeur d'O1 est de 15 mm, la courbe ne change pratiquement pas après le changement d'O2. Cela montre que la région O2 affecte la première descente et la deuxième montée de la courbe.

Les données numériques du tableau 2 montrent que Fmax de M-10 est de 3214,36 kN, ce qui est 5,4 % supérieur à celui de IM, ce qui indique que la région M a une certaine influence sur la charge de pointe. La charge maximale de l'appareil est évidemment améliorée par l'amélioration de la résistance du bord médian. Fmax de O1-O2-M-10 est de 3059,49 kN, ce qui est supérieur de 0,32 % à celui de M-10. Fmean de M-10 est de 2504,54 kN, 29,07% supérieur à celui de IM, 3,88% inférieur à celui de O1-O2-M-10. Simultanément changé la région O1 et O2, la charge maximale sera diminuée, la charge moyenne sera améliorée. Alors que FE de M-10 est de 0,78, 21,88% supérieur à celui de IM. Cela signifie que l'amélioration de la résistance de la région du bord médian peut garantir au dispositif d'absorption d'énergie à la fois une charge de pointe élevée et une charge d'écrasement moyenne élevée. En outre, le SEA de M-10 est significativement amélioré, qui est de 29,08 % supérieur à celui de IM.

On peut voir sur la Fig. 10c que par rapport à la courbe de IM ; le stade initial est amélioré par le changement de région M. Dans la première phase de déclin, la courbe est douce et le fond de vallée est évidemment avancé et amélioré. La courbe est inférieure à la courbe initiale du modèle avant le déplacement de 40 mm. Après le déplacement de 40 mm, la courbe est supérieure à celle de IM. Dans la deuxième étape ascendante, la valeur maximale de la courbe a manifestement retardé et diminué et la courbe était plate. Il montre que le premier étage montant supporte la charge du bord médian.

Les données numériques du tableau 2 montrent que Fmax de O1-O2-M-RL-10 est de 3046,42 kN, était également approximativement égale à celle de IM. Fmean de O1-O2-M-RL-10 est de 2514,92 kN, 29,60 % et supérieur à celui de IM, tandis que FE de O1-O2-M-RL-10 est de 0,83, 29,69 % supérieur à celui de IM. Cela signifie que l'amélioration de la résistance de la région du bord médian peut garantir au dispositif d'absorption d'énergie à la fois une charge de pointe élevée et une charge d'écrasement moyenne élevée. En outre, le SEA de O1-O2-M-RL-10 est significativement amélioré, soit 29,62 %, supérieur à celui de IM.

On peut voir sur la figure 10d qu'il y a un changement significatif dans la seconde moitié de la courbe. Le deuxième pic de charge de type 'W' est à peine apparu. La première demi-charge ne change pas lorsque la région RL a changé. Le premier déclin et la deuxième montée de la courbe étaient plus stables, et le premier stade de déclin diminuait significativement et était retardé d'environ 10 mm. Lorsque le déplacement est compris entre 20 et 40 mm, la courbure est évidemment améliorée, qui est comprise entre 50 et 60 mm, la charge est évidemment réduite d'environ 1000 kN.

Un dispositif d'absorption d'énergie pré-plié a été testé par compression quasi-statique et simulé. Les résultats de la simulation numérique montrent que la procédure de modélisation par éléments finis est appropriée. Selon les caractéristiques de la déformation en compression et des zones plastiques, le dispositif d'absorption d'énergie a été divisé en plusieurs zones différentes. L'influence de la zone sur la courbe de déplacement de charge du dispositif d'absorption d'énergie est étudiée. Quatre indicateurs de charge maximale, de charge moyenne, d'efficacité de charge et d'absorption d'énergie spécifique générés à partir des résultats de la simulation numérique ont été utilisés pour les effets.

Chaque zone a un effet sur le premier étage de chute et le deuxième étage de montée de la courbe force-déplacement. La zone de bord de pli médian a un effet sur la valeur de charge maximale de la courbe force-déplacement. L'amélioration de la résistance de la région d'angle peut garantir au dispositif d'absorption d'énergie une charge de pointe faible et une charge d'écrasement moyenne élevée. Les autres zones des régions d'ouverture affectent la première descente et la seconde montée de la courbe. Le premier étage montant supporte la charge du bord médian.

Fmax de M-10 est de 3214,36 kN, soit 5,4 % de plus que celui de IM. La Fmax de O1-O2-10, O1-O2-15, O1-O2-M-10, O1-O2-M-RL-10 était également approximativement égale à celle de IM. Fmoy de O1-O2-10, M-10, O1-O2-M-RL-10 est de 32,77 %, 29,07 % 29,60 % supérieur à celui de IM. Le SEA de O1-O2-10, O1-O2-15, M-10, O1-O2-M-RL-10 est significativement amélioré, supérieur à celui de IM.

D'une vue globale des quatre aspects de la charge de pointe, de la charge moyenne, de l'efficacité de la charge et de l'absorption d'énergie spécifique, O1-O2-M-10 peut jouer un bon rôle, et sa charge moyenne, son efficacité de charge et son absorption d'énergie spécifique sont les plus améliorées, qui sont respectivement 32,77 %, 32,81 % et 34,30 % supérieures à IM. Il a le meilleur effet sur l'amélioration de la courbe d'absorption d'énergie du dispositif d'absorption d'énergie.

Le processus d'impact détermine que le support doit d'abord céder puis résister. La meilleure courbe de support doit être une résistance constante, de sorte que la courbe d'absorption d'énergie du support ait la plus grande absorption d'énergie et la plus forte résistance. Cependant, la plupart des courbes d'absorption d'énergie existantes sont en forme de W. Par conséquent, la recherche sur le dispositif d'absorption d'énergie pré-plié peut améliorer la courbe d'absorption d'énergie du support, améliorer l'effet de support, améliorer la capacité portante de la colonne, améliorer le niveau d'application des composants d'absorption d'énergie et améliorer la capacité de support du support d'absorption d'énergie, de manière à renforcer la capacité de support de la chaussée et à réduire les dommages causés par l'éclatement de roche.

Toutes les données, modèles ou codes qui appuient les conclusions de cette étude sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

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École de génie civil, Université de technologie de Chine du Nord, Pékin, Chine

Dong An, Tianwang Liu, Hewei Cui, Zheng Chen, Hailiang Xu et Yimin Song

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DA et TL An ont écrit le texte principal du manuscrit et ZC a préparé les figures 1-10. Tous les auteurs ont examiné le manuscrit.

Correspondance à Zheng Chen.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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An, D., Liu, T., Cui, H. et al. Etude des facteurs influençant la courbe de déplacement de charge d'un dispositif d'absorption d'énergie par simulation de division de surface. Sci Rep 12, 13492 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-17784-x

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Reçu : 22 janvier 2022

Accepté : 31 juillet 2022

Publié: 05 août 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-17784-x

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