영역 분할 시뮬레이션을 통한 에너지 흡수 장치의 하중 변위 곡선에 영향을 미치는 요인 연구

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 13492(2022) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

도로 지지용 에너지 흡수 충격 방지 장치인 미리 접힌 에너지 흡수 장치를 준정적 압축으로 테스트하고 시뮬레이션합니다. 에너지 흡수 장치를 구역으로 나누고, 구역에 따라 에너지 흡수 장치의 하중 변위 곡선에 대한 면적의 영향을 연구합니다. 수치 시뮬레이션의 오류는 5% 이내로 확인되었으며, 이는 유한 요소 모델링 절차가 여기에서 분석된 문제에 적합함을 나타냅니다. 장치는 미리 접힌 종이접기 패턴을 따라 안정된 프로그레시브로 분쇄됩니다. 장치는 4개의 영역으로 나누어졌습니다: 오목한 표면 4개의 모서리 부분의 상부 및 하부 개방 영역; 개방 영역의 다른 영역; 중간 접힌 가장자리; 주변 4면 가장자리. 각 영역은 하중 변위 곡선의 첫 번째 하강 단계와 두 번째 상승 단계에 영향을 미칩니다. 중간 접힌 가장자리 영역은 하중 변위 곡선의 최대 하중 값에 영향을 미칩니다. 수치해석 결과로부터 최대부하, 평균부하, 부하효율, 비에너지 흡수 등 4가지 지표가 생성되었다. 코너 부분의 강도 향상은 낮은 피크 하중과 높은 평균 파쇄 하중을 갖는 에너지 흡수 장치를 보장할 수 있습니다. 개방 영역의 다른 영역은 곡선의 첫 번째 하강 및 두 번째 상승에 영향을 줍니다. 첫 번째 상승 단계는 중간 가장자리로부터 하중을 받습니다.

석탄 자원을 심층적으로 채굴함에 따라 암석 파열 사고가 자주 발생하며 이는 작업장과 도로의 안전에 영향을 미쳤습니다. 탄광에서의 암석 파열은 순간적인 탄성 변형 에너지의 방출로 인해 유정이나 작업면 주변의 암석이 갑자기 심각한 손상을 입는 동적 현상을 말하며, 이는 종종 석탄과 암석의 낙하, 큰 소음 및 가스 파동을 동반합니다. . 이는 파괴적이며 탄광의 주요 재난 중 하나입니다. 암석 파열의 효과적인 예방 및 제어 기술은 지원 방법1입니다. 지지강도를 높이거나 지지방식을 개선하여 지지체의 암석폭발 저항능력을 향상시키는 소극적 보호공법이다. 작업면에는 지지대가 있고 도로에도 지지대가 필요합니다. 도로 지원에는 다양한 유형이 포함됩니다. Lv et al.2,3은 견고하고 유연한 에너지 흡수 지지 구조의 기계적 모델을 확립했습니다. Cheng et al.4는 브래킷 베어링 변형 특성을 통해 충격 하중에 대한 효과적인 서지 방지 메커니즘을 자세히 설명합니다. Zhang 등5은 앵커 로드(케이블)와 U자형 프레임을 지원하는 실패 유형 및 제어 기술을 제안했습니다. Zhang et al.6,7,8은 실제 프로젝트에서 실질적인 엔지니어링 문제를 해결하기 위해 포털 브래킷을 적용하는 효과를 검증합니다. Fan 등9은 스텐트 위치 식별을 기반으로 세 가지 압력 프레임 경고 표시기를 제안했습니다. Chen et al.10은 스스로 움직이는 유연한 쉴드 유압 지지대를 설계 및 개발했는데, 이는 급경사 석탄층 채굴에 성공적으로 적용되었습니다. Zhang et al.11은 2개의 프롭 쉴드 케이빙 유압 지지대의 기계적 성능을 분석합니다. Tian, ​​Q.12는 경사가 큰 탄층 채굴에서 유압 지지대가 기울어지거나 미끄러지는 것을 방지하기 위한 기술 참조를 제공하기 위해 지지 쉴드 유형 유압 지지대를 개발했습니다. 유압 기둥 지지대는 중요한 수단이며, 에너지 흡수 충격 방지 지지대13,14,15는 굴복 및 굴복을 통해 지지 효과를 얻을 수 있는 효과적인 형태입니다.

에너지 흡수 장치는 에너지 흡수 지원 시스템에서 지지대의 핵심 부분입니다. 빠른 항복으로 주변 암석의 충격을 완화하고 지지 시스템을 손상으로부터 보호할 수 있습니다16. 다른 분야에서도 에너지흡수소자에 대한 많은 연구가 이루어져 왔다. 교통 분야에서는 차량 충돌 예방, 항공기 화물창 충돌 과정에서의 지원 역할, 현대 철도 차량 충돌 시 충돌 방지 역할 등이 있습니다17,18,19,20,21. 에너지 흡수 장치는 축 압축에서 점진적인 접힘으로 나타나고 접힘의 소성 변형은 많은 양의 에너지를 흡수할 수 있습니다. 최근 몇 년 동안 많은 전문가와 학자들이 에너지 흡수 장치의 에너지 흡수 용량 설계를 최적화했으며, Wang et al.23은 에너지 흡수 장치의 단면 형상을 최적화하여 에너지 흡수 용량을 향상시켰습니다. Tarlochan et al.24는 충돌 성능을 향상시키기 위해 성능 요구 사항을 충족하는 단면 모양을 가진 얇은 벽 구조를 선택합니다. A, A. 니아. et al.25은 다양한 단면 형상을 가진 얇은 벽의 튜브를 연구함으로써 원형 튜브가 조사된 모든 단면 중에서 가장 에너지 흡수 능력과 가장 평균적인 힘을 가지고 있음을 발견했습니다. Zarei 26은 멀티디자인 최적화 기술을 적용하여 알루미늄으로 채워진 허니컴을 최적화하여 에너지 및 비에너지 흡수를 극대화했습니다. Yalcin 27은 실험을 통해 적절한 PVC 폼으로 채워진 원형 알루미늄 튜브가 에너지 흡수 능력에 중요한 영향을 미친다는 것을 보여주었습니다. Xing et al.28은 공학적 사례와 수치 시뮬레이션을 통해 알루미늄 벌집형 완충재의 축방향 에너지 흡수 특성을 분석했습니다. Zhang et al.29는 벌집형 전지의 형상 매개변수와 절연체의 동적 성능 사이의 관계를 논의합니다. Yuan et al.30은 재료 구성과 구조 설계를 최적화하여 복합 구조의 에너지 흡수 용량을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다. 광산 분야에서는 지지체에 관한 많은 연구가 있지만, 미리 접힌 에너지 흡수 장치에 대한 연구는 충분하지 않습니다.