平地机钢板-混凝土配重碰撞动态分析.pdf
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1、观 弋 积 l xM 诅o d e r n 哪 平地机钢板 一混凝土配重碰撞 动态分析 李 淑飞 , 张国丽 ( 1 上海交通大学, 上海2 0 0 2 4 0 ; 2 祥宇建筑研 究院, 江苏 苏州2 1 5 0 0 0 ) 摘要: 利用 A B A Q U S通用有限元分析软件, 对平地机钢板 一混凝土复合结构配重块在遭受低速撞击时的受力情 况进行有 限元仿真分析 , 介 绍 了钢板 一混凝土复合 结构的损 伤原理和接 触关 系, 对复合结构在局部受撞击 时的破坏 情况进行了尝试, 通过分析结果和实验的验证 , 表明了平地机配重块材料采用钢板 一混凝土复合材料替代钢板单一 材料 的可行性
2、, 为类似设计提供 了理论依据和 分析 方法。 关键词 : A B A Q U S 钢板 一混凝土配重平地机碰撞 中图分类号 : T U 6 2 3 6 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 6 8 8 6 ( 2 0 1 4) 0 5 0 0 2 2 0 4 S t e e l c o n c r e t e c o un t e r we i g ht o f mo t o r g r a de r i mpa c t dy na mi c s t r e s s a n a l y s i s LI S h u f e i , Z HANG Gu o fi Ab s t r
3、a c t :T h i s p a p e r c a r ri e s F E A a n a l y s i s f o r s t e e l c o n c r e t e c o u n t e r we i g h t o n mo t o r g r a d e r i n t h e p u s h i n g a n d i mp a c t w o r k i n g c o n d i t i o n u s i n g A B A Q U S s o f t w a r e ,i n t r o d u c e s t h e d a m a g e m e c h
4、a n i s m o f s t e e l c o n c r e t e s t r u c t u r e s a n d c o n t a c t i n t e r a c t i o n,t r i e s t o fi n d t h e s t r e s s r e s u l t f o r c o mp o s i t e s t r u c t u r e s wi t h i mp a c t d y n a mi c l o a d o n l o c a l a r e a T h e r e s u l t o f s i mu l a t i o n a
5、n aly s i s a n d t e s t i n g p r o v e s t h e f e a s i b i l i t y o f r e p l a c e me n t o f s t e e l for s t e e l - c o n c r e t e s t ru c t u r e a s t h e c o u n t e rw e i g h t ma t e - r i al o f mo t o r g r a d e r ,wh i c h p r o v i d e s t h e o r e t i c a l b a s i s a n d
6、a n a l y t i c al me t h o d for s i mi l a r d e s i g n Ke y w o r d s :A B A Q U S ; s t e e l c o n c r e t e ; c o u n t e r w e i g h t ; mo t o r gra d e r ; i m p a c t 外部钢板焊接 内部浇筑混凝土的钢板 一混凝土 复合材料在工程机械配重 中应用广泛 , 其优点相对 于钢材价格低廉 , 一般情况仅做配重使用 , 不作为受 力部件。但平地机的配重在机器前方, 在执行道路 救援或抢险等任务 时, 会通过配重块推走前
7、方 的车 辆或障碍物 , 并且在接触初始时刻存在低速碰撞 , 这 种工况决定 了平地机配重块必须作为受力部件能够 承受一定的载荷和冲击 , 由于其特殊性 , 目前平地机 配重大多仍采用钢板这种单一材料 。但是考虑材料 成本 , 以 8 0 0 k g平地机配重为例 , 若采用钢板 一混 凝土复合结构 , 其 中约 6 0 0 k g可 以用混凝土替代 , 单个零件成本可以节省 2 0 0 0元 以上 , 成本节省超 过 6 0 , 经济效益十分可观。但 由于缺乏相应 的设 计和分析理论 , 该应用 目前还基本空白。 1 材料 的本构关 系 1 1 混凝土损伤塑性模型 A B A Q U S软件
8、提供 了三种混凝土本构模 型 : 混 2 2 凝 土 损 伤 塑 性 模 型, 混 凝 土 弥 散 裂 缝 模 型 和 A B A Q u s E x p l i c i t 中的混凝土开裂模型。其 中混凝 土损伤塑性模型可 以用于单 向加载 、 循环加载以及 动态加载等场合, 它使用非关联多硬化塑性和各向 同性损伤弹性相结合 的方式描述了混凝土破碎过程 中发生的不可恢复的损伤 。 本文混凝土采用 A B A Q U S提供 的损伤塑性模 型 J , 使用各向同性损伤弹性结合各 向同性拉伸和 压缩塑性的模式来描述混凝土 的非弹性行 为, 是基 于塑性 的连续介质损伤模型 J 。 1 2 钢板的
9、本构关系 钢板 的应力 一应变曲线采用典型的金属三个阶 段模型 , 即弹性 阶段 , 强化阶段和塑性 阶段。本文钢 材使用 V o n Mi s e s屈服准则 ( V o n M i s e s 屈服准则 J 是一个比较通用的屈服准则 , 尤其适合用于金属材 料 ) , 对于 V o n M i s e s 屈服准则 , 其等效应力为最大 切应力, 按照第三强度理论 , 材料的屈服是由最大切 应 力引起 。 2 碰撞有 限元模型 的建立 2 1 模 型设 计 为了使计算结果尽可能贴近实际情况 , 本文有 限元模型采用和实际设计一致的三维模 型, 由于模 型较为复杂 , 不适合在 A B A
10、Q U S C A E 中直接建模 , 所 以 采 用 在 P r o E 中建 立 三 维 模 型 而 后 导 人 A B A Q U S的方法。 平地机配重块采用 8 m i l l 厚 Q 3 4 5钢板进行壳体 焊接, 背部周围采用厚度 3 0 l l l i n的钢板 , 壳体通过焊 接与3 0 m m的背部钢板连接 , 焊接完成后从背部向壳 体内浇筑混凝土 , 最后采用 6 m n薄板与厚板焊接将 背部密封。3 0 m I n的厚板上加工有 8个螺纹孔 , 整个 配重通过螺栓与平地机前车架连接。模型见图 1 。 图 1 平地机钢板 一混凝土配重块结构 图 2 2材料定义和单元选取
11、本文混凝土标号采用 C 4 0国标混凝土, 弹性模 量参考 A C I 3 1 80 5 ( 2 0 0 5 ) 中混凝土 弹性模量 的计 算方法 , 取杨 氏模量 E=3 0 G P a , 压力 角 1 5。 , 偏心 率 0 1 , K系数 0 6 6 7, 弹性阶段泊松 比为 0 2 ;塑性 阶段压缩和拉伸行为根据 目前 国内常用的混凝土应 力 一应变关系曲线计算确定。混凝土 网格划分时选 取 C 3 D 8 R, 8节点六面体线性缩减积分单元。 钢板采用 国标 Q 3 4 5热轧钢 , 属 于工 程机械 常 用钢材, 具有良好的强度和焊接性能。本文分析有 限元模型中取杨 氏模量 E=
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