柔性拦截网顶破力学行为研究

论文摘要

我国山地分布广,面积大,山体滑坡和落石崩塌等地质灾害频繁发生。崩塌的落石对会造成人员伤亡,破坏交通枢纽,造成巨大的经济损失。科研工作者们在长期的实践中发现柔性防护网具备的防护能力非常宽泛和突出,将其运用于各个防护领域。然而,不管在哪个领域,网片都是该系统的主体,扮演着耗能和传力的角色。在网片的实际运用中,出现了不同形式的破坏,原因是我们对网片的受力机理和性能了解尚浅,没能充分发挥防护网作用。因此,本文以常用的4环套环形网片为研究对象,采用试验和数值仿真相结合的方式,模拟圆环拉伸和环网顶破的过程,对其变形受力特点、边界刚度影响、荷载-位移曲线变化规律等问题展开研究,主要内容如下:1采用拉伸试验机和顶破试验架,开展了不同圈数的单个圆环的静力拉伸试验、不同圈数三个圆环套接成的圆环组的静力拉伸试验和由不同圈数圆环套接而成的环网的顶破试验。分析了它们的受力变形特征、破坏位置以及荷载-位移曲线,研究破断力和破断位移随圈数变化的规律。2使用有限元软件ls-dyna对单环拉伸试验、三环拉伸试验和环网顶破试验过程进行模拟,得到的荷载-位移曲线与试验的荷载-位移曲线对比,验证数值仿真的正确性。在此基础上,展开其他参数（圆环的缠绕圈数、圆环直径、顶破端与环网的面积比以及环网长宽比）下的环网顶破的数值模拟分析,得到相应参数下的环网顶破的变形受力特征及荷载-位移曲线,从而研究环网在不同参数下的顶破力学性能。3考虑边界的约束形式,通过边界刚度来描述跟定义边界的约束情况。在正方形环网四角点固定的基础上,用绳的刚度来等效环网的边界刚度,用EI来表示绳的刚度（E是钢丝绳材料的弹性模量,I是绳横截面惯性矩）。以此来研究不同的边界刚度对环网顶破力学性能的影响。4通过不同的缠绕圈数（R）、圆环直径（L）、凸头与环网面积比（S）、环网长宽比（λ）、边界刚度（EI）对应的不同的荷载-位移曲线,拟合出以R、L、S、λ、EI为变量的荷载-位移曲线的归一化公式。通过统计规律得到环网破断位移的确定方法。

论文目录

摘要

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第1章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 问题的提出

1.4 主要研究内容及技术路线

第2章顶破力学行为及试验分析

2.1 拦截环网的理论分析

2.1.1 单个圆环的受力变形理论

2.1.2 柔性拦截网受力机理

2.2 顶破力学试验

2.2.1 单环拉伸试验

2.2.2 三环拉伸试验

2.2.3 环网顶破试验

2.2.4 单环拉伸、三环拉伸和顶破试验结果对比

本章小结

第三章数值仿真及参数分析

3.1 数值计算理论

3.1.1 等效刚度理论

3.1.2 显示中心差分法

3.2 建立环网单元的有限元方法

3.2.1 模型建模

3.2.2 模型材料

3.2.3 单元类型选取

3.2.4 边界条件

3.2.5 接触设置

3.2.6 有限元仿真模拟分析

3.3 单环拉伸的有限元模拟和试验对比分析

3.4 三环拉伸的有限元模拟和试验对比分析

3.5 环网顶破的有限元模拟和试验对比分析

3.6 顶破力学性能参数分析

3.6.1 圆环直径的影响分析

3.6.2 加载端与环网面积比的影响分析

3.6.3 长宽比的影响分析

本章小结

第四章边界刚度对环网力学性能影响

4.1 环网约束形式

4.2 不同边界约束形式对环网顶破力学性能的影响

4.2.1 受力变形情况

4.2.2 破断位置分析

4.2.3 荷载-位移曲线的对比分析

4.3 不同边界刚度对环网顶破力学性能的影响

4.3.1 破断模式

4.3.2 破断力

4.3.3 破断位移

4.3.4 荷载-位移曲线

本章总结

第五章归一化公式

5.1 曲线拟合

5.2 归一化公式拟合过程

5.2.1 确定荷载-位移曲线的函数形式

5.2.2 多自变量多参数拟合

5.2.3 归一化公式拟合

5.3 破断位移的确定

5.4 归一化公式的验证

本章总结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李自名

导师: 齐欣

关键词: 环形网片,力学试验,数值仿真,边界刚度,回归分析

来源: 西南交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学

单位: 西南交通大学

基金: 被动柔性落石拦截网结构冲击力学行为研究(编号:2682017CX006),中国铁路总公司科技研发计划重点课题(编号:2018KY10)

分类号: P694

DOI: 10.27414/d.cnki.gxnju.2019.001226

总页数: 95

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