吸能防冲构件压溃变形模拟 原创

1、 引言

防冲吸能构件是通过塑性变形吸收能量来确保煤矿井下液压支架在冲击地压发生时正常工作的关键构件，在防治冲击地压灾害方面具有重要作用。该构件既能在准静态支护过程中与液压立柱共同提供工作阻力，又能在冲击地压发生时快速变形吸收能量，从而保证整个巷道支护系统不因冲击而变形或崩塌。本案例围绕吸能构件压溃变形展开建模复现，借助ABAQUS有限元软件进行数值模拟。本次复现主要聚焦于建模过程教学，不涉及参数优化内容。

2、 几何模型与材料参数

（1） 模型构建：

本案例采用三维可变形壳单元构建吸能构件模型，壳单元厚度为8 mm，采用三维离散刚性壳单元构建刚性板。为保证吸能构件计算精度，将其网格边长设置为5 mm，因本案例仅模拟吸能构件的压溃变形，可将刚性板的网格边长设为50 mm，既能避免因网格尺寸过小导致的计算速度缓慢，又能避免因网格尺寸过大导致的模型不收敛，数值模型如下图所示：

图1吸能构件

图2 刚性板

图3 吸能构件压溃变形数值模型

6、 计算结果

图9 位移云图

图10应变云图

7、 结论与拓展应用

（1） 结论

有限元模型可以较为准确地模拟吸能构件的压溃变形过程，并可进一步分析其防冲吸能性能，吸能构件厚度、材料强度及其塑性变形特征均为其防冲吸能性能的关键影响因素。

（2） 工程建议

在实际工程设计中，可通过增加吸能构件壁厚、提高钢材强度，以及根据其塑性变形特点设计吸能构件形状等方法，提高其防冲吸能性能，进而增强煤矿井下巷道支护性能。

（3） 拓展方向

该模拟方法可用于其他类型吸能构件的压溃变形模拟分析及吸能构件性能优化设计。

8、 附件：本案例中的全过程教学（文字）、abaqus模型文件（包括cae、odb和inp文件）