【摘 要】
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针对现有煤矿支护设备、支护材料因不具备快速吸能让位功能而在冲击地压中突发损伤、破坏而导致支护失效这一问题,基于快速吸能让位防冲支护理念,研制了一种具有特殊几何形状
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针对现有煤矿支护设备、支护材料因不具备快速吸能让位功能而在冲击地压中突发损伤、破坏而导致支护失效这一问题,基于快速吸能让位防冲支护理念,研制了一种具有特殊几何形状的吸能构件—多面体折棱管,旨在利用其冲击下反应迅速、吸能高效与变形稳定的特点,弥补支护体抗冲击能力差、不具备吸能能力的缺陷,从而避免冲击地压造成的支护体系及巷道的严重破坏。该构件属于一种薄壁金属管件,可由平面金属薄板折叠围成,在轴向冲击作用下能够按折棱的诱导进行结构屈曲变形,实现快速吸能和让位的功能,且变形不易失稳。本文对此进行了以下几方面的研究：(1)从力学角度分析了多面体折棱管的屈曲吸能特性,包括合理的承载峰值、持续较高的反作用力、较长的变形让位行程、稳定的变形模式和不可逆的能量转换,以及比吸能较高,成本低,且易装卸。(2)利用ABAQUS有限元数值模拟软件对单、双节多面体折棱管进行了计算分析,研究其在轴向冲压下的反力变化、吸能效果和屈曲形态与稳定性,同时与普通方管、圆管进行了一定的对比分析。优化设计出多面体折棱管的最佳几何参数,包括折棱管的壁厚、板块倾角、端口边数等,能够满足矿用防冲吸能支护需求。(3)进行了多面体折棱管的实验室压缩试验,初步研究了多面体折棱管在准静态压缩下的承载能力、反力变化、屈曲形态和吸能能力,并与数值模拟结果相对比,找出存在的差距并分析原因。同时提出了可能存在的影响多面体折棱管承载力、反力变化、吸能量及屈曲形态的内在和外在因素。(4)以实际工程应用为背景,总结了非理想外界加载条件下(非均布荷载或非轴向荷载等)的五种情况,并计算分析了其对多面体折棱管的屈曲变形、反力、稳定性及吸能效果的影响。
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