高冲击载荷作用下跌落塔导向钢架分析与设计的数值方法

摘要

导向钢架是跌落塔中控制试样跌落高度和跌落姿态的关键构件之一,主要靠渐变式节流装置进行缓冲回收,以备下次继续使用.导向钢架的动能依靠缓冲装置中水的流动进行吸收.设计中要求导向钢架至少有5米多长,且从60多米高空跌落时不发生塑性变形.宽的跨度大大降低了导向钢架的刚度,而较高的跌落高度给导向钢架施加了很强的冲击载荷.在冲击载荷的作用下,导向钢架可能发生大变形直至失效,影响导向钢架的可靠性.而且在结构设计过程中,此冲击载荷随着导向钢架的结构尺寸而发生变化,这无疑增加了结构设计的难度.为计及冲击载荷的变化,本文基于单点显式积分有限元和ALE(ArbitaryLagrange‐Euler)算法,将缓冲装置纳入分析模型,建立了计及冲击载荷变化的流固耦合一体化分析算法.在对导向钢架结构冲击响应分析的基础上,建立了导向钢架半结构的重心位于冲击头附近的结构设计原理.经过大量结构设计数值分析的基础上,确定导向钢架的结构尺寸,并经过了试验考核.