Estudio de los factores que influyen en la curva de desplazamiento de carga del dispositivo de absorción de energía mediante simulación de división de área

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 13492 (2022) Citar este artículo

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Un dispositivo de absorción de energía predoblado, que es el dispositivo clave de absorción de energía anti-impacto para el soporte de carreteras, se prueba mediante compresión cuasiestática y se simula. El dispositivo de absorción de energía se divide en zonas, y la influencia del área en la curva de desplazamiento de carga del dispositivo de absorción de energía se estudia según el área. Se encuentra que el error de simulación numérica está dentro del 5%, lo que indica que el procedimiento de modelado de elementos finitos es apropiado para el problema aquí analizado. El dispositivo aplasta siguiendo el patrón de origami predoblado en un progresivo estable. El dispositivo se dividió en cuatro áreas: la región de apertura superior e inferior de las cuatro partes de esquina de la superficie cóncava; las otras áreas de las regiones de apertura; el borde del pliegue medio; el borde circundante de cuatro lados. Cada área tiene efecto sobre la primera etapa de caída y la segunda etapa de subida de la curva de desplazamiento de carga. El área del borde del pliegue medio tiene un efecto sobre el valor de carga máxima de la curva de desplazamiento de carga. Se generaron cuatro indicadores de carga máxima, carga promedio, eficiencia de carga y absorción de energía específica a partir de los resultados de la simulación numérica. La mejora de la fuerza de la región de la esquina puede garantizar que el dispositivo de absorción de energía tenga una carga máxima baja y una carga de trituración media alta. Las otras áreas de regiones de apertura afectan el primer descenso y el segundo ascenso de la curva. La primera etapa ascendente soporta la carga desde el borde central.

Con la extracción de recursos de carbón hacia las profundidades, ocurren con frecuencia accidentes de desprendimiento de rocas, lo que ha afectado la seguridad del frente de trabajo y la calzada. El estallido de roca en una mina de carbón se refiere al fenómeno dinámico en el que la roca alrededor del pozo o la cara de trabajo repentinamente sufre un daño severo debido a la liberación instantánea de energía de deformación elástica, que a menudo va acompañada de la caída de carbón y roca, un gran ruido y ondas de gas. . Es destructivo y uno de los mayores desastres en las minas de carbón. La tecnología eficaz de prevención y control del estallido de rocas es el método de apoyo1. Es un método de protección pasiva para mejorar la capacidad del cuerpo de soporte para resistir el estallido de rocas aumentando la fuerza de soporte o mejorando el método de soporte. El frente de trabajo tiene soporte y la calzada también necesita soporte. El soporte vial incluye una variedad de tipos. Lv et al.2,3 establecieron un modelo mecánico de estructura de soporte absorbente de energía rígido-flexible. Cheng et al.4 elabora su eficaz mecanismo anti-sobrevoltaje frente a cargas de impacto por medio de las características de deformación del rodamiento del soporte. Zhang et al.5 propusieron los tipos de falla y la tecnología de control de la barra de anclaje (cable) y el soporte del marco en forma de U. Zhang et al.6,7,8 verifican la eficacia de la aplicación de soportes de portal para resolver problemas prácticos de ingeniería en proyectos reales. Fan et al.9 propusieron tres indicadores de advertencia del cuadro de presión basados ​​en la identificación de la posición del stent. Chen et al.10 diseñaron y desarrollaron un soporte hidráulico de escudo flexible automovible, que se aplicó con éxito en la extracción de vetas de carbón con fuerte inclinación. Zhang et al.11 analizan el rendimiento mecánico del soporte hidráulico de hundimiento de escudo de dos puntales. Tian, ​​Q.12 desarrolló un soporte hidráulico tipo escudo de soporte para proporcionar una referencia técnica para evitar que el soporte hidráulico se incline y se deslice en la minería de vetas de carbón de gran inclinación. El soporte de la columna hidráulica es un medio importante, el soporte anti-impacto de absorción de energía13,14,15 es una forma efectiva, que puede lograr el efecto de soporte al ceder y ceder.

El dispositivo de absorción de energía es una parte clave del soporte en el sistema de soporte de absorción de energía. Puede liberar el impacto de la roca circundante mediante un rendimiento rápido y proteger el sistema de soporte de daños16. Ha habido muchos estudios sobre dispositivos de absorción de energía en otros campos. En el campo del tráfico, como la prevención de accidentes de vehículos, el papel de apoyo en el proceso de accidente de bodega de carga de aviones y el papel de prevención de accidentes en la colisión de vehículos ferroviarios modernos17,18,19,20,21. Los dispositivos de absorción de energía aparecen como un pliegue progresivo en compresión axial, y la deformación plástica del pliegue puede absorber una gran cantidad de energía22. En los últimos años, muchos expertos y académicos han optimizado el diseño de la capacidad de absorción de energía de los dispositivos de absorción de energía, Wang et al.23 mejoran la capacidad de absorción de energía mediante la optimización de la geometría de la sección transversal del dispositivo de absorción de energía. Tarlochan et al.24 selecciona estructuras de paredes delgadas con formas transversales que cumplen con los requisitos de desempeño para mejorar el desempeño en choques. A, A. Nia. et al.25 encontraron que el tubo circular tiene la mayor capacidad de absorción de energía y la fuerza más promedio entre todas las secciones investigadas al estudiar tubos de paredes delgadas con diferentes formas de sección transversal. Zarei 26 aplicó tecnología de optimización multidiseño para optimizar el relleno de nido de abeja de aluminio para maximizar la absorción de energía y energía específica. Yalcin 27 demostró a través de experimentos que el tubo de aluminio circular relleno de espuma de PVC adecuado tiene un efecto significativo en la capacidad de absorción de energía. Xing et al.28 analizaron las características de absorción de energía axial de los amortiguadores de nido de abeja de aluminio a través de ejemplos de ingeniería y simulaciones numéricas. Zhang et al.29 analiza la relación entre los parámetros de forma de la celda de panal y el rendimiento dinámico del aislador. Yuan et al.30 pueden mejorar efectivamente la capacidad de absorción de energía de la estructura compuesta al optimizar la composición del material y el diseño de la estructura. En el campo de la minería, hay muchos estudios sobre soportes, pero la investigación sobre el dispositivo de absorción de energía predoblado no es suficiente.

El mecanismo de trabajo del dispositivo de absorción de energía es que el dispositivo de absorción de energía convierte la energía de impacto en el proceso de colisión en energía de deformación plástica por su propio pandeo, fractura y otras formas de falla. Cuanto mayor sea el área de deformación plástica de la estructura, mayor será la energía absorbida y convertida en el proceso de deformación. Se estudió el proceso de plegado y propiedades mecánicas de un absorbedor de energía predoblado mediante ensayo de compresión cuasiestática y simulado por ABAQUS, se analizaron las características y causas de la curva de desplazamiento de carga del absorbedor de energía, el proceso de impacto determina que el soporte debe abandonarse primero y luego resistirse. La mejor curva de soporte debería ser una resistencia constante. La curva de absorción de energía del soporte tiene la mayor absorción de energía y la mayor resistencia. La mayoría de las curvas de absorción de energía existentes tienen forma de W. Por lo tanto, es necesario estudiar el dispositivo de absorción de energía, mejorar el efecto de soporte, mejorar la capacidad de carga de las columnas, mejorar el nivel de aplicación de los componentes de absorción de energía y mejorar la capacidad de soporte del soporte de absorción de energía.

Basado en la simulación numérica del ensayo de compresión cuasiestática en el dispositivo de absorción de energía, este artículo estudia las características de la curva de desplazamiento de carga del dispositivo de absorción de energía. Partiendo de la premisa de que el dispositivo de absorción de energía se basa en la zonificación de la deformación, este documento compara los parámetros del dispositivo de absorción de energía después del fortalecimiento en diferentes áreas y, finalmente, presenta los objetivos de optimización y las prácticas de ingeniería para el dispositivo de absorción de energía.

Este caso de dispositivo de absorción de energía en una mina de carbón se encuentra en la provincia de Henan, China. La calzada de la mina de carbón está soportada por malla de anclaje, varillas de anclaje, cables de anclaje, cobertizos de elevación hidráulica y soporte hidráulico para la prevención de desprendimiento de rocas31. El soporte hidráulico en la carretera de la mina de carbón adopta un dispositivo anti-impacto de absorción de energía, que se muestra en la Fig. 1. Su estructura principal consta de cuatro partes: viga superior arqueada, base de micro arco, columna hidráulica y dispositivo anti-impacto, formando un estructura de marco arqueado simétrico, que se muestra en la Fig. 2. La viga superior arqueada se utiliza principalmente para soportar la roca circundante en la parte superior de la calzada. Tres columnas hidráulicas se apoyan entre las vigas superior e inferior, proporcionando resistencia de trabajo para el apoyo. El dispositivo de absorción de energía proporciona resistencia de trabajo junto con la columna durante el soporte cuasiestático y puede deformarse rápidamente y absorber energía en caso de un gran impacto repentino de rocas circundantes, para realizar un proceso de deformación de todo el soporte.

Fotografía de soporte anti-impacto por absorción de energía en la calzada.

Ubicación del dispositivo de absorción de energía en la estructura.

El dispositivo de absorción de energía utiliza el patrón de origami32. La dimensión del dispositivo se muestra en la Fig. 3. El cambio del ángulo de los pliegues inclinados corresponde a la forma de la placa de pared y la altura del cilindro. Dado que la deformación del cuadrado predoblado es un patrón fijo y predecible, se puede aplicar como un dispositivo de absorción de energía parametrizable estudiando la relación entre su relación geométrica, las propiedades del material y las características de pandeo de la estructura cuadrada predoblada.

Dimensiones del dispositivo de absorción de energía predoblado.

Teóricamente, doblando gradualmente una hoja plana a lo largo de los pliegues y luego uniendo los dos bordes libres opuestos, se puede construir una caja cuadrada de origami predoblada que se muestra en la Fig. 3(a)33. De hecho, el dispositivo de absorción de energía está hecho de Q69034, una de las placas de acero de alta resistencia en China34. La placa de acero tiene un grosor de 10 mm y no se puede plegar ni encerrar en una placa de acero entera. El dispositivo de absorción de energía se procesa soldando a tope dos medias carcasas como un todo. Los pasos específicos son los siguientes: (1) corte de placa de acero; (2) flexión de la mitad de la carcasa; (3) Recorte de bordes; (4) soldadura a tope; (5) Tratamiento térmico. La mitad de la carcasa del espécimen de tubo cuadrado predoblado es doblada y presionada por un grupo de moldes y su prensa de apoyo, como se muestra en la Fig. 4. Para evitar daños excesivos en la posición de doblado, la placa de acero debe precalentarse antes doblando El espécimen de tubo cuadrado predoblado formado se templa primero y luego se templa para eliminar la tensión residual en el doblez de la placa de acero y cerca de la soldadura. Tal proceso inevitablemente afecta las propiedades mecánicas del dispositivo de absorción de energía, afectando así el desempeño anti-impacto del soporte de la calzada.

Producción de tubo cuadrado predoblado para dispositivo de absorción de energía.

Se realizó una prueba de compresión cuasiestática en el dispositivo de absorción de energía para obtener la curva de desplazamiento de carga y la característica de absorción de energía. Para la carga se utilizó la máquina de ensayo hidráulica servocontrolada con número de modelo RLJW-2000 mediante carga por desplazamiento. El rango de carga dinámica fue de 3000 kN y la tasa de carga máxima fue de 8 m/s. Todo el proceso de deformación fue observado por fotografía de alta definición. Al mismo tiempo, se midieron la deformación por desplazamiento y la presión de impacto.

El objeto de investigación de este trabajo es el dispositivo de absorción de energía predoblado fabricado en acero de alta resistencia, el cual presenta una gran deformación, por lo que se aplicó el paquete de software de análisis de elementos finitos ABAQUS/Explicit35 para simular el proceso de compresión axial. La prueba de compresión se modeló como el dispositivo de absorción de energía colocado sobre un panel rígido estacionario fijo y comprimido por uno en movimiento con la tasa de carga de prueba. El desplazamiento hacia abajo se asignó al panel rígido en movimiento para controlar el proceso de compresión en un grado libre, y la definición de amplitud suave integrada en ABAQUS se asignó al control de la tasa de carga. La distancia final de simulación de compresión fue de 120 mm. Se utilizaron elementos de carcasa de cuatro nodos con S4R de integración reducida para mallar el dispositivo. Se empleó el autocontacto para modelar los contactos entre el propio dispositivo. Los bordes superior e inferior del dispositivo estaban en relación de contacto por fricción con los paneles rígidos considerando el coeficiente de fricción tomado como 0,3. Densidad de 7650 kg/m3, módulo de Young de 210 GPa, límite elástico de 690 MPa, espesor del dispositivo de absorción de energía de 6 mm, el paso es único y dinámico explícito, y el período de tiempo de 0,02 s, nlgeom está activado , el factor de escala de tiempo como 1, la frecuencia de la salida de campo es intervalos de tiempo espaciados uniformemente, el intervalo como 200, la deformación última como 0,2, la relación de Poisson como 0,3 se utilizaron para describir el criterio de resistencia/deformación del material y las dimensiones del dispositivo era consistente con el espécimen de prueba.

La precisión del cálculo de ABAQUS se ve afectada por la malla36, como se muestra en la Fig. 5, las curvas de desplazamiento de carga eran totalmente diferentes dependiendo de la malla. El tamaño de malla global de 4 mm y el tiempo de análisis de 0,02 s fueron elegidos para simular. El modelo del dispositivo se dividió en 7536 celdas de cuadrícula. El modelo numérico se muestra en la Fig. 6.

Resultados de simulación de diferentes tamaños de malla.

Modelo de simulación numérica.

La curva de desplazamiento de carga de prueba y simulación, con el proceso de compresión en la prueba se muestra en la Fig. 7, que tiene forma de W con fluctuación hacia arriba y hacia abajo como se dijo anteriormente. A partir del valor numérico de la Fig. 7, la carga de fluencia (Fmax) en la prueba fue de 3115,29 kN, aproximadamente igual a la de la simulación, cuyo valor es de 3020,51 kN. La capacidad de carga mínima durante la deformación (Fmin) en ensayo fue de 1604,22 kN, aproximadamente igual a la de simulación cuyo valor es de 1529,77 kN. El error de simulación numérica está dentro del 5%, lo que indica que el procedimiento de modelado de elementos finitos es apropiado para el problema aquí analizado.

La curva de desplazamiento de carga de prueba y simulación.

Aunque las curvas de desplazamiento de carga obtenidas de la prueba de compresión y la simulación numérica fueron aproximadamente las mismas, de hecho, las propiedades del material cambiaron debido a la flexión y al sobrecalentamiento durante el proceso de producción, lo que hace imposible simular con precisión la curva de carga del dispositivo de absorción de energía. Debido a la referencia 37, la tensión del dispositivo de absorción de energía en el proceso de trituración varía según la región. Muestra que el proceso de producción del dispositivo de absorción de energía afecta las propiedades del material de cada posición.

La figura 8 muestra el proceso de compresión del dispositivo y se trazan los mapas de contorno PEEQ correspondientes. Se puede ver que el dispositivo se aplasta siguiendo el patrón de origami predoblado en un progresivo estable. Al principio, la zona predoblada del medio comienza a plegarse, mientras que la carga aumenta rápidamente. Del PEEQ, el segundo mapa indica que se forman dos pares de líneas de bisagras de plástico móviles a lo largo de los cuatro lados, la carga alcanzó su punto máximo. A medida que el dispositivo se comprimía más, las líneas de las bisagras de plástico móviles se alejaban unas de otras, deformando las áreas de las esquinas, como se puede observar en el tercer mapa, la carga comenzó a caer. La mitad superior del dispositivo colapsó y el área de plegado generó una deformación de la pila. Después de que la parte superior se plegó por completo, la parte inferior comenzó a colapsar hasta que todo el dispositivo quedó completamente aplastado. Se prueba que el dispositivo tiene un proceso de deformación estable y predecible. Se puede ver en los mapas de contorno PEEQ en la Fig. 8 que la deformación plástica se limitó a las zonas, como el borde, la línea de plegado, la esquina, mientras que los paneles restantes sufren una pequeña deformación plástica. Por lo tanto, al analizar la curva de desplazamiento de carga del dispositivo de absorción de energía, debe dividirse en diferentes áreas.

Proceso de trituración y mapa de contornos PEEQ.

De acuerdo con las características de la deformación por compresión y las zonas plásticas, el dispositivo de absorción de energía se dividió en varias áreas diferentes. Se dividió en cuatro áreas: la región de apertura superior e inferior de las cuatro partes de esquina de la superficie cóncava se denomina O1; las otras áreas de regiones de apertura denominadas O2; el borde del pliegue medio llamado M; el borde circundante de cuatro lados llamado RL, que se muestra en la Fig. 9.

Modelo esquemático de partición.

La curva de desplazamiento de carga del dispositivo de absorción de energía se vio afectada por la evolución de la zona plástica, y el rango de diferentes áreas se calculó de acuerdo con la siguiente Tabla 1. El dispositivo original sin cambios se denominó IM para comparar.

Con base en los requisitos de desempeño de diferentes áreas, se generaron cuatro indicadores de carga máxima, carga promedio, eficiencia de carga y absorción de energía específica38 a partir de los resultados de la simulación numérica, se describen los siguientes indicadores:

(1) Carga máxima

En la ecuación. (1), F(s) es la historia temporal de la carga en el proceso de compresión. La carga máxima Fmax es el valor umbral cuando el dispositivo de absorción de energía comienza a aplastarse.

(2) Carga media

En la ecuación. (2), S es el desplazamiento de compresión total del dispositivo de absorción de energía. Fmean es la absorción de energía por unidad de desplazamiento de compresión, que refleja la capacidad total de absorción de energía.

(3) Eficiencia de carga

En la ecuación. (3), la eficiencia de carga es la relación entre la carga promedio y la carga máxima, FE ∈ (0,1). Cuanto menor sea el valor, mayor será la volatilidad de la carga durante la compresión, y cuanto más cerca esté de 1, más estable será.

(4) Absorción de energía específica

En la ecuación. (4), m es la masa total del dispositivo de absorción de energía, y E es la absorción de energía total del dispositivo, que se calcula mediante la ecuación. (5):

Los resultados de los indicadores de evaluación se muestran en la Tabla 2.

De acuerdo con los resultados de la simulación numérica, las curvas de desplazamiento de carga de la absorción de energía en condiciones de trabajo se muestran en la Fig. 10.

Curvas de desplazamiento de carga.

Los datos numéricos en la Tabla 2 muestran que Fmax de O1-10 y O1-15 es 3056.12 kN y 3046.42 kN por separado, fue aproximadamente igual a la de IM. El rango del área O1 básicamente no afecta la carga máxima del dispositivo. Fmedia de O1-10 es 2556,93 kN, 31,77% y superior a la de IM, mientras que FE de O1-10 es 0,84, 31,25% superior a la de IM. O1-15 tiene casi los mismos datos numéricos. Eso significa que la mejora de la resistencia de la región de la esquina puede garantizar que el dispositivo de absorción de energía tenga una carga máxima baja y una carga de aplastamiento media alta. Además, SEA de O1-10 y O1-15 se mejora significativamente, que es 31,78% y 29,62%, superior a la de IM, respectivamente.

Se puede ver en la Fig. 10a que básicamente no hay diferencia en el valor de la carga antes de que el desplazamiento de compresión sea de 20 mm, independientemente de los cambios en el área O1. La primera etapa de declive de O1-10 y O1-15 es significativamente anterior a la de IM. La carga volvió a subir cuando el desplazamiento de compresión es de 60 mm para O1-10 y 65 mm para O1-15, antes de los 70 mm para IM. Eso significa que el valor mínimo de O1-10 y O1-15 es más alto que el de IM. Por lo tanto, se puede concluir que la curva de desplazamiento de carga es estable. Con el aumento en el ancho de O1, la primera sección de descenso y la segunda sección de ascenso de la curva de desplazamiento de carga tienden a ser planas, lo que indica que la región O1 afecta la de la curva.

Mantenga el área O1 cambiada, los datos numéricos en la Tabla 2 muestran que Fmax de O1-O2-10 y O1-O2-15 es 3062.13 kN y 3048.15 kN por separado, también fue aproximadamente igual a la de IM. La región de O2 no afecta la fluctuación de la carga máxima. El rango del área de O2 básicamente no afecta la carga máxima del dispositivo. Fmedia de O1-O2-10 es 2576,31 kN, 32,77% y superior a la de IM, mientras que FE de O1-O2-10 es 0,84, 31,25% superior a la de IM. O1-O2-15 tiene casi los mismos datos numéricos. Eso significa que la mejora de la resistencia de la región de la abertura y la esquina puede garantizar que el dispositivo de absorción de energía tenga una carga máxima baja y una carga de aplastamiento media alta. Además, SEA de O1-O2-10 y O1-O2-15 se mejora significativamente, que es 32,79% y 28,93%, superior a la de IM, respectivamente. Bajo la influencia de la región O1, la región O2 tiene poco efecto en la curva.

Puede verse en la figura 10b que básicamente no hay diferencia en el valor de la carga antes de que el desplazamiento de compresión sea de 20 mm, independientemente de los cambios en la región de O2. Cuando el ancho de O1 es de 10 mm, cuando el desplazamiento está entre 20 y 40 mm, cambiar el ancho de O2 provocó que la curva disminuyera. Cuando el desplazamiento está entre 50 y 80 mm, la curva aumenta. Sin embargo, cuando el ancho de O1 es de 15 mm, la curva básicamente no cambia después de que cambia O2. Esto muestra que la región de O2 afecta el primer descenso y el segundo ascenso de la curva.

Los datos numéricos de la Tabla 2 muestran que Fmax de M-10 es 3214,36 kN, que es un 5,4 % más alto que el de IM, lo que indica que la región M tiene cierta influencia en la carga máxima. La carga máxima del dispositivo mejora obviamente mediante la mejora de la resistencia del borde medio. Fmax de O1-O2-M-10 es 3059,49 kN, que es un 0,32% más alto que el de M-10. Fmedia de M-10 es 2504,54 kN, 29,07% superior a la de IM, 3,88% inferior a la de O1-O2-M-10. Al cambiar simultáneamente la región O1 y O2, la carga máxima disminuirá y la carga media mejorará. Mientras que la FE de M-10 es 0,78, un 21,88% superior a la de IM. Eso significa que la mejora de la resistencia de la región del borde medio puede garantizar que el dispositivo de absorción de energía tenga una carga máxima alta y una carga de trituración media alta. Además, se mejora significativamente el SEA de la M-10, que es un 29,08%, superior al de IM.

Se puede ver en la Fig. 10c que en comparación con la curva de IM; la etapa inicial se mejora por el cambio de región M. En la primera etapa de declive, la curva es suave y el fondo del valle obviamente está avanzado y mejorado. La curva es más baja que la curva del modelo inicial antes del desplazamiento de 40 mm. Después del desplazamiento de 40 mm, la curva es más alta que la de IM. En la segunda etapa ascendente, el valor máximo de la curva obviamente se retrasó y disminuyó y la curva era plana. Muestra que la primera etapa ascendente soporta la carga desde el borde medio.

Los datos numéricos de la Tabla 2 muestran que Fmax de O1-O2-M-RL-10 es 3046.42 kN, también fue aproximadamente igual a la de IM. Fmedia de O1-O2-M-RL-10 es 2514,92 kN, 29,60 % y superior a la de IM, mientras que FE de O1-O2-M-RL-10 es 0,83, 29,69 % superior a la de IM. Eso significa que la mejora de la resistencia de la región del borde medio puede garantizar que el dispositivo de absorción de energía tenga una carga máxima alta y una carga de trituración media alta. Además, SEA de O1-O2-M-RL-10 se mejora significativamente, que es 29,62%, superior a la de IM.

Se puede ver en la Fig. 10d que hay un cambio significativo en la segunda mitad de la curva. El segundo pico de carga de tipo 'W' apenas apareció. La primera media carga no cambia cuando cambia la región RL. El primer descenso y el segundo ascenso de la curva fueron más estables, y la primera etapa de descenso disminuyó significativamente y se retrasó unos 10 mm. Cuando el desplazamiento está entre 20 y 40 mm obviamente se mejora la curva, que está entre 50 y 60 mm, obviamente se reduce la carga unos 1000 kN.

Se probó un dispositivo de absorción de energía predoblado mediante compresión casi estática y se simuló. Los resultados de la simulación numérica muestran que el procedimiento de modelado de elementos finitos es apropiado. De acuerdo con las características de la deformación por compresión y las zonas plásticas, el dispositivo de absorción de energía se dividió en varias áreas diferentes. Se estudia la influencia del área en la curva de desplazamiento de carga del dispositivo de absorción de energía. Para los efectos se utilizaron cuatro indicadores de carga máxima, carga promedio, eficiencia de carga y absorción de energía específica que se generaron a partir de los resultados de la simulación numérica.

Cada área tiene efecto sobre la primera etapa de caída y la segunda etapa de subida de la curva fuerza-desplazamiento. El área del borde del pliegue medio tiene un efecto sobre el valor de carga máxima de la curva de fuerza-desplazamiento. La mejora de la fuerza de la región de la esquina puede garantizar que el dispositivo de absorción de energía tenga una carga máxima baja y una carga de trituración media alta. Las otras áreas de regiones de apertura afectan el primer descenso y el segundo ascenso de la curva. La primera etapa ascendente soporta la carga desde el borde central.

Fmax de M-10 es 3214,36 kN, que es un 5,4% superior a la de IM. Fmax de O1-O2-10, O1-O2-15, O1-O2-M-10, O1-O2-M-RL-10 también fueron aproximadamente iguales a las de IM. Fmedia de O1-O2-10, M-10, O1-O2-M-RL-10 es 32,77%, 29,07% 29,60% mayor que la de IM. SEA de O1-O2-10, O1-O2-15, M-10, O1-O2-M-RL-10 mejora significativamente, superior a la de IM.

Desde una visión integral de los cuatro aspectos de carga máxima, carga promedio, eficiencia de carga y absorción de energía específica, O1-O2-M-10 puede desempeñar un buen papel, y su carga promedio, eficiencia de carga y absorción de energía específica se mejoran más, las cuales son 32.77%, 32.81% y 34.30% superiores a IM, respectivamente. Tiene el mejor efecto para mejorar la curva de absorción de energía del dispositivo de absorción de energía.

El proceso de impacto determina que el soporte primero ceda y luego resista. La mejor curva de soporte debe ser una resistencia constante, de modo que la curva de absorción de energía del soporte tenga la mayor absorción de energía y la mayor resistencia. Sin embargo, la mayoría de las curvas de absorción de energía existentes tienen forma de W. Por lo tanto, la investigación sobre el dispositivo de absorción de energía predoblado puede mejorar la curva de absorción de energía del soporte, mejorar el efecto de soporte, mejorar la capacidad de carga de la columna, mejorar el nivel de aplicación de los componentes de absorción de energía y mejorar la capacidad de soporte de energía. soporte de absorción, para fortalecer la capacidad de soporte de la calzada y reducir el daño causado por el estallido de rocas.

Todos los datos, modelos o códigos que respaldan los hallazgos de este estudio están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

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Escuela de Ingeniería Civil, Universidad Tecnológica del Norte de China, Beijing, China

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

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DA y TL An escribieron el texto principal del manuscrito y ZC preparó las figuras 1-10. Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Zheng Chen.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

An, D., Liu, T., Cui, H. et al. Estudio de los factores que influyen en la curva de desplazamiento de carga del dispositivo de absorción de energía mediante simulación de división de áreas. Informe científico 12, 13492 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-17784-x

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Recibido: 22 enero 2022

Aceptado: 31 de julio de 2022

Publicado: 05 agosto 2022

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

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