复合消能防撞圈力学性能研究

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1、分类号:TH142,O3910710-2015112018硕士学位论文复合消能防撞圈力学性能研究李轩导师姓名职称尹冠生教授申请学位级别工学硕士学科专业名称力学论文提交日期2018年5月2日论文答辩日期2018年6月9日学位授予单位长安大学Studyonthemechanicalpropertiesoftheanti-collisionringAThesisSubmittedfortheMasterDegreeofEngineeringCandidate：LiXuanSupervisor：Prof.YinGuanshengChang’

2、anUniversity,Xi’an,China摘要复合消能防撞圈作为一种高耗能的防撞元件，可以应用于铁路、公路和航道的交通安全设施中，对其力学性能进行研究具有工程实际意义。本文主要研究了复合消能防撞圈内部钢丝绳圈在面内压缩下的力学性能，并建立了完整防撞圈有限元模型，使用该模型对防撞圈冲击荷载作用下的力学性能进行了研究，主要内容与研究成果包括以下方面：1.提出了一种新的钢丝绳建模方法。为解决原有钢丝绳建模技术数学推导过程繁杂，灵活性较差的问题，基于CREO提出了一种可以绘制任意轴线形式钢丝绳的建模方法，并使用此方法建立了6×7-IW

3、RC右同向捻钢丝绳圈实体模型。此方法使用较为简单的几何关系，实现了钢丝在绳中的自动捻制过程，无需推导各钢丝中心线表达式。2.对6×7-IWRC右同向捻钢丝绳圈结构进行了准静态压缩下的力学性能分析。计算结果表明：钢丝绳圈结构在压缩荷载作用下其截面Mises应力呈层状不对称分布，并且每根钢丝都具有单独的弯曲中性层；钢丝绳圈结构失效模式与圆环结构相同，均需要产生四个塑性铰。3.提出了一种钢丝绳圈力-位移分段计算模型。在钢丝绳结构与圆环结构受压失效模式类似的前提下，结合Costello螺旋钢丝弯曲刚度理论以及平板对压圆环理论，给出了受压钢丝

4、绳圈塑性阶段力-位移关系表达式。将钢丝绳圈塑性阶段力-位移关系计算方法与之前学者给出的钢丝绳圈弹性阶段力-位移计算方法结合，提出了一种压缩荷载作用下钢丝绳圈力-位移分段计算模型，通过与准静态压缩有限元计算结果对比，验证了该分段模型的正确性。4.对6×7-IWRC右同向捻钢丝绳圈结构进行了动态压缩下的力学性能分析。计算结果表明：钢丝间摩擦系数的改变对钢丝绳圈耐撞性影响较小；绳股捻角的改变对绳圈总能量吸收值和位移恢复率影响较小，对冲击初始峰值力影响最为明显。5.建立了复合消能防撞圈实体有限元模型。为了便于有限元计算，对防撞圈内部绑扎钢丝

5、绳圈进行了合理简化，并选择3阶Ogden模型作为外层橡胶材料的本构模型，最终建立了完整防撞圈有限元模型。对所建立有限元模型进行了动态压缩分析，通过与实验结果对比，证明了有限元模型的正确性。在此基础上，研究了防撞圈吸能特性、内部绑扎钢丝绳圈的Mises应力分布以及橡胶在防撞圈中的具体作用。关键字：复合消能防撞圈，钢丝绳圈，面内压缩，平板对压圆环，有限元分析IAbstractAsaenergy-absorbingcomponent,anti-collisionringcanbeappliedtotrafficsafetyfaciliti

6、esofrailways,highwaysandwaterways.It’ssignificanttostudythemechanicalpropertiesofanti-collisionring.Themechanicalpropertiesofwireropeunderin-planecompressionwasstudiedinthispaper,andthefiniteelementmodelofanti-collisionringwasestablished.Themechanicalpropertiesoftheant

7、i-collisionringunderimpactloadwasstudiedwiththemodel.Themaincontentsandachievementsofthispaperincludethefollowingaspects:1.Anewmodelingmethodofwireropeisproposed.Theoriginalwireropemathematicalmodelingtechnologyiscomplexandinflexible,soanewmodelingmethodofwireropeispro

8、posedbasedonCREOinthispaper,andthemodelof6×7-IWRClanglaywireropeloopwasestablishedwiththenewmethod.Thismethodusesarel