钢板-橡胶吸能圈的设计方法

钢材和橡胶是两种常见的工程材料,两者组合起来具有较好的吸能和回弹性能。为了综合两种材料的优异性能用于工程设计,提出了一种由外钢板、橡胶圈和内钢板组成的钢板-橡胶吸能圈(简称钢板-橡胶圈)以用于防撞设计,并由此开展了基于钢板-橡胶圈的设计方法研究:使用有限元软件建立了外径为1 m的25个具有不同结构参数(钢板厚度、环壁厚)的钢板-橡胶圈有限元模型,其中钢板厚度选取的尺寸为0,5,10,15,20,25 mm,环壁厚选取的尺寸是0. 05,0. 1,0. 15,0. 2,0. 25 m。定义无量纲比值:钢板厚、环壁厚、圈的径向相对变形比。通过数值仿真和统计分析,建立了圈的性能参数(吸能量)与这3个无量纲比值的经验公式,并进行了相应的误差分析,确定了经验公式具有一定的可信度。同时,基于工程设计优化需要,定义了基于回弹率的优化筛选原则,用于筛选掉满足耗能要求但不满足回弹率要求的钢板-橡胶圈。参照结构试验的相似理论,将1 m外径的钢板-橡胶圈的经验公式推广到更多不同外径钢板-橡胶圈中。最后,提出了一种较为实用的用于桥梁防撞结构的钢板-橡胶圈的设计流程,并依照设计流程给出了相关的设计算例。