外文翻译--翻车保护结构的动态响应 中文版【优秀】

1 本科生毕业设计（论文） 翻译资料 中文题目 ： 翻车保护结构的动态响应 英文题目 ： of a 生姓名 ： 学 号 ： 班 级： 专 业：机械工程及自动化 指导教师： 翻车保护结构的动态相应 1 翻车保护结构的动态响应 摘要 ： 翻车保护结构 (固定在重型车辆上的安全装置，在意外翻车时可以对操作者进行保护。目前， 计标准需要全面破坏性测试，这种测试昂贵，费时，而且不适合小公司。由于对 柱的屈服和能量吸收能力缺乏了解，还无法采用更经济的分析方法。为了解决这个问题 ,我们采用有实验支持的分析技术，对 行为进行一个综合性的研究。本文对已校准的推土机 模型进行了动态响应分析。结果表明（ 1） 立柱对能量吸收能力有很大的影响；（ 2）能量中的动态放大系数可以高达 25%；（ 3）硬度较大的 致的峰值减速可能会对操作者不利；（ 4）分析技术也许可以用来评估 性能。 1. 引 言 在农业、采矿和建筑业中使用的重型车辆容易翻车，因为它们重心高，并且一般工作在坡地和非平坦地形。通常在驾驶室上有一个具有两个或四个立柱的抗力矩空间构架，在翻车时提供保护。这个安全装置被称为翻车保护结构（ 它的作用是在翻车时，吸收翻车时的一部分动能（ 并且为操作者提供一个可生存空间。翻车保护结构的设计和分析是复杂的，并且需要足够的弹性和刚度双重标准来保证在操作者周围保持一个生存空间。 澳大利亚目前使用的 土方机械保护装置的评估技术标准 简化的，并且对翻车保护结构施加侧向，垂直方向和纵向静载荷时导致为彻底的破坏性试验。这个标准是基于与机械类型和整机质量有关的经验公式而获得的一定力和能量吸收标准。我们还使用了挠度约束来为操作者提供一个生存空间，即所谓的挠曲极限量（ 这些简化的条件为设计提供了设计准则，此设计翻车保护结构的动态相应 2 准则将大大提高操作者在偶然翻车时存活的机会。这种鉴定方式是耗时并且及其昂贵，因为力和能量标准的建立会涉及到大载荷，并且这些载荷可能会需要使用专业的试验设备。 在澳大利亚和国际上， 还不允许采用更经济的分析模型技术对土方机械的翻车保护装做鉴定。其原因是缺乏对 柱变形区域的性能和能量吸收能力的认识和研究。初步研究已经表明使用分析技术来模拟 非线性特性是非常有前景的。这些分析方法是非常简单化的，并且涉及到使用弹塑性梁单元来对受到侧向静载荷的 近几年，有限元技术中在计算能力和高级单元类型的使用两个方面已经取得了大量的进步，通过此技术可以准确地模拟和预测结构的非线性响应特性，特别是 立柱的变形区 。使用分析和实验技术对 性能进行研究的成员中有 人（ 2006a， b）、 2001）、 人（ 1997）、 1988）和 人（ 1985）。 在昆士兰科技大学正在进行一项综合性项目，使用有实验支持的计算机仿真去研究 性能，其目的是：（ 1）增加我们对 能的理解，（ 2）提高能量吸收和安全性，（ 3）产生用来促进设计和评估的分析技术的科研信息，这种技术也许会减少全面破坏性试验的必要性（ 006a）。 这篇文章使用已校准的有限元模型讨论了 个特殊 实验测 试和计算模型的校准发表在了其它地方 (006a,b)。动态冲击载荷是当车辆在坚硬的斜坡上发生侧翻时所具有的特点。在估计 1967）发表的基于角动量守恒法的简化方法。在倾斜度为 15 、 30 和 45 的坚硬的斜坡上，我们使用显示的有限元中代码 对不可避免的动态冲击模型进行翻车冲击操作。我们已经研究了 刚度、冲击速度、持续时间和翻滚斜坡的角度等控制变量对结果与以往的静态分析结果进行了比较来证实合适的 动态放大系数的作用和现行规定标准的适当性。 翻车保护结构的动态相应 3 使用有限元分析所做的翻车模拟很少受到研究者的关注。 1998）强调过使用有限元做翻车分析的最大困难在于需要大量的仿真时间去准确地捕获事件。与此相似的是， 969)也强调翻滚过程很难被模拟，因为它涉及到很多影响翻滚车辆性能参数间的复杂的相互作用。在公开文献中，承受动载荷的翻滚保护结构的有限元模型一直只限于由 拖拉机的后翻滚进行了研究，而 用 序研 究了土方机械在侧翻时 然这几位作者所使用的模型技术有助于评估在模拟的动力冲击载荷下 是并没有把所提到的现行 准中采用静载荷程序的合适性和可能发生在此载荷下的可接受的动态放大系数进行对比。考虑到这些，沃森 (1967)提出了用来作为动力冲击研究基础的简化程序，来研究在这种载荷条件下控制 应特征的临界参数的影响。 2. 275 推土机通常应用在建筑业和采矿业中，是一种重约 50 吨、用来掘土的大型履带式推土机。如图 1所示，通过两个 立柱的碾杆型 这个 要是由坚硬地固定在车辆底盘上的两个立柱和一个横梁组成的固定式底座框组成。除了 个额外的被称为落物保护结构的顶盖部分也被纳入进来一起保护操作者避免坠落物的伤害。在这个研究中，我们省略了 型的整体几何尺寸在制造商的贮存场进行现场测量确定。我们选择了适当的 将使它能够成功地通过澳大利亚标准的要求。 翻车保护结构的动态相应 4 图 1 带 土机 滚保护结构的半尺寸模型 利用斯里瓦斯塔瓦等人（ 1978）先前进行的研究已经表明，相似原理建模可以成功地应用到 可以大量地节约经济花费。根据这些作者的研究结果，相似原理被应用到了 而降低了制造成本并减轻了施加到 低载荷量是非常重要的，因为这种车辆 全面测试是大规模的，并且需要使用大量的实验室测量器材。于是我们在模型和原型之间选择了一个比例因子，它使得在侧向负荷下只需要 1/8的能量吸收， 1/4的负载， 1/2的变形。我们 设计并制造了一个长为 1000 900柱的尺寸为 125 75 5梁的尺寸为 125 125 5275推土机的翻滚保护结构的半尺寸模型，并向它施加了 于 土机 所要求的侧向、垂直方向和纵向载荷下进行了实验测试（ 006a)。考虑到这个模型已建立了相似关系，我们修改了 制定的载荷值和能量值，记下了每一次加载时的 应变和位移。 试验测量后我们接着在同样的载荷条件下使用 5 尺寸模型做有限元分析。我们还使用了来自相似性研究和 序标度律对有限元模型不可缺少的几何形状进行建立。 图 2 侧向载荷的测试 图 2 和图 3 分别展示了在侧向载荷下 型的实验室测量和相同 限元模型立柱顶部右端的长方形部分（浅阴影）显示的是加载动态冲击载荷的刚体部分，这种载荷稍后将在文章中介绍。从试验上和应用有限元分析均可以获得侧向载荷位移曲线，图 4显示这 两组结果非常吻合。对于在 临界区域）的应力随着施加载荷而变化，实验结果和有限元分析结果（ 2006a）同样也非常吻合。这个校准的 翻车保护结构的动态相应 6 图 3 有限元模型 图 4 来自试验和有限元分析的侧向载荷的挠度响应曲线 翻车保护结构的动态相应 7 3. 基于角动量守恒的 967)原则被用来确定翻车坡度分别为 15 、 30 和 45 的 这个原则下被简化的假设包括：忽略前进速度， 使用一个二维车辆模型，假设翻车前车的重心在旋转的车轮的正上方，把车辆当作刚体，可以在重力作用下自由侧翻却不改变撞击点的角动量。 275推土机动态响应分析参数的导出 图 5开始绕 后绕 后在 时也绕 势能损耗 =动能增加量 2 2 1 2 2 2 211 s i n t a n 2 g x y M k x （ 1） 222 2 22 1 s i x x y （ 2） 翻车保护结构的动态相应 8 图 5 （ a）翻车初始状态，（ b）在车轮 B 点的碰撞，（ c）在 D 点的碰撞 撞击后 从 动能增加量 然后当翻滚保护结构在 （ 5） 此处的 处撞击前的角速度。 在 D 点撞击之前和之后的角动量相等，我们可以获得车辆在 D 处撞击后的角速度 D，从而系统在撞击后的动能是 翻车保护结构的动态相应 9 其中 在上面的表达式中， x， y， h， H 和 B 是车辆的参数（见图 5 k 是围绕质心的回转半径， i(=A,B,C,D,或 G)的角速度， 辆惯性矩的确定 车辆重心的惯性矩 (是一个可以从车辆生产商获得的现成的参数。为了解决这个问题，我们做了一个二维的近似矩形的车辆，它的尺寸 参数在表 6中列了出来。使用这个近似的矩形来代替车辆，假设质量分布均匀并且车辆的重心位置距离地面 于车辆质心的惯性矩可以通过下面的方程估算 其中 a 和 b 代表矩形的长和宽， M 和 c 分别代表车辆的质量和它到几何中心的距离，对于 土机，采取 a= b=c= M=们可以大致估算出车辆相对于质心的惯性矩是 62000 ，这个数值与976)从一个 50吨的拖拉机获得的数据 相当。 翻车保护结构的动态相应 10 图 6 同斜坡角度上的动能和速度 前面部分得到的方程被应用到了 土机在翻车倾角为 15 ， 30 和45 的情况下。表 1 概要地显示了在不同的翻车阶段获得的动能和角速度的的结果。最后一行给出了车辆侧翻时 地面撞击时的速度。 表 1 翻车保护结构的动态相应 11 面吸收的能 量 地面吸收的能量数据来源于 1968）进行的相关研究信息。这几个作者提出，从地面上得到的垂直倾斜地面的作用力可以通过下面的公式估算出 其中， 是地面最大变形。在目前的研究中，我们基于 1976）提供的信息和坚实粘土土壤有代表性的平均值，将这些参数设置为： = 100 K = 20.7 kg/ p=些参数在方程（ 9）中被用来为土壤建立载荷挠度响应曲线，见图 7 所示。那么土壤吸收的 能量可以通过计算这条曲线下方的面积来获得。从估算 图 7 在硬质土壤上的力 翻车保护结构的动态相应 12 4. 为 以前（ 006a）已经建立过一个长 2000 1800全尺度的 向它施加动态冲击载荷，这种载荷是侧翻时 件的截面属性为：对于立柱（原始）为 350 钢材， 150 250 10 于横梁为 350 钢材， 250 25012后，在第 5 部分中我们改变了立柱的尺寸来研究立柱刚度对 翻车时， 了简化建模程序，地面被理想化为一个刚体，它能够把估算出来的动能转移给 个能量转移是通过把车辆的质量分配给一个刚体，并且将它以规定的平移速度侧向传递给 体的速度被调整到能够说明对于上面所说的坚实的粘土在碰撞时所吸收的能量。我们通过 序获得了在各种坡度上传递给 动能，并总结在了表 1中。 我们通过 前处理器和 得了精确地建立 型所必须的几何尺寸和网格定义。 表面几何形状是以每一个部件的中截面来定义的，并且用四边形壳单元对其划分网格。模型的表面轮廓中起主导作用的有两个主要部件，即 3中的浅色）。 型的倒角半径被省略，因为他们对全局的影响较小，我们简化了立柱和横梁之间的连接。 为了模拟 土机的 先前建立的载荷条件下的响应特性，我们还选择了 单元。这种特殊的单元类型是一个简化积分的大变形的壳单元，它包含四个节点，每个节点具有六个自由度。我们选择这种单元是基于它简单化的描述和整体的计算效率。 网格密度选为 20于立柱和横梁来说，填充模型的壳单元的厚度分别是 10 12有的节点是等效的，尤其是立柱和横梁之间区域的节点，从而可以保证这个区域的均布力的传递。 翻车保护结构的动态相应 13 个过程主要是通过在结构的特定部位的塑性铰的形成中完成的。选择一个适当的材料模型对 ，而且这种模型必须能够解释所选材料的非线性的应力和应变特性。为了准确地模拟这种特性，我们选择了 线性材料模型 种本构关系需要钢的应力应变曲线被包括在一个真正的塑形应变应力曲线中。所需要的材料属性通过公式（ 10a， b）计算得到，并且是基于样品的单轴拉伸试验，这个样品是从对 型进行试验测量的 350钢 下来的（克拉克， 2006a）。 图 8 显示了真实的塑性应变与应力的关系，这种关系被应用到用作所有分析的 外，假设这种材料密度为 ，弹性模量为 E = 200,000 松比为 = 图 8 对于 应变曲线 通过采用 构关系，在 造过程中应变率效应对钢材 态响应的影 响纳入到 料模型中。基于 001)翻车保护结构的动态相应 14 所进行的研究，模型的 数被选为 ， q=4， 50 钢 行过类似的动力研究。应用到模型中的边界条件是为了模拟 柱基部周围节点的完全固定性而设计的。在模型的垂直向下的方向应用了一个加速场来模拟重力作用。 用来碰撞研究的载荷加载程序与刚性撞击面有关，采用尺寸为 250 28010矩形面来模拟此刚性撞击面。这些尺寸的选择基于与 柱相当的幅度，并且在翻车中，假设 0%会与地面接触。受撞击部分被划分成密度为 40 且分配给 材料类型为20 而降低对必要分析所进行的的计算时间。碰撞体除了水平方向外，对其它自由度方向进行约束，从而使其可以在所加侧向载荷方向平移。为了能够把碰撞体的动能传递到 ，它被赋予了与 土机相同的质量。通过赋予一个适当的质量密度，把这个质量平均地分配到碰撞体中。那个刚性碰撞体被赋予 s， s 和 m/s 的初始平移速度来分别代表在坡 度为 15 ， 30 和 45 的斜坡上翻滚的时的碰撞速度。 撞击面和 间的接触定义通过使用 触类型 O 一个模型的作用表面被选作主表面，而翻车保护结构的表面选作副表面。两个表面之间的静态和动态摩擦系数设置为 与 1976）所做的类似的翻滚数值研究所选的是一致的。接触区域的需要的其他变量设置为默认值。在翻滚保护结构的任何部分都没有定义自我接触，因为在在分析中从可视化的翻滚保护结构的变形中没有发生任何接 触。每一个有限元模型需要四个不同的输出模型。（ 1） 3(2) 获得分析中的整体能量数据动能、内能、能量变化和整体能量在内的全局能量数据，（ 3） 跟踪刚体中心节点的位移、速度和加速度，（ 4）些力将翻车保护结构的动态相应 15 用来开发翻滚保护结构的负载偏转轮廓。所有的结果都分别使用 5. 动力冲击分析的结果 为了全面了解 们进行了一次包括调节翻滚保护结构立柱刚度在内的详细的数值研究。为了实现所需要的不同模型之间刚度的差异，我们选择了尺寸为 12025010， 15025010， 20025010和 25025010 的立柱，横梁的尺寸始终为 25025012。每一个模型都使用坡度为分别为 15 ， 30 和 45 的坚实的斜坡上进行了分析，并且涉及到一个刚性影响表面，以适当的与斜坡的斜度有关的速度从 侧面撞击，见表 1。 性铰的形成 在两个体接触的最初阶段，刚体开始把储存的动能传递给 种能量的传递导致 且在顶部和立柱的底部会形成塑性铰的特点。图9 显示了立柱尺寸为 150 250 10 30 的斜坡上翻车时的力分布，并且证实了在 顶部和底部铰链处会产生屈服现象。 在底部固定的框架上加载静载荷时将出现这种崩溃模型，并且与先前对相同 2006a）。其他的 翻车保护结构的动态相应 16 图 9 碰撞中 度和峰值减速响应 碰撞过程中在刚性表面质心处的刚性表面速度随时间的变化进行了测量。结果表明，当刚性表面从初始速度停下来时，刚性表面的速度在冲击过程中发生了线性的减少。耗散动能所需的翻滚保护结构与影响表面之间的接触时间取决于翻滚保护结构的刚性和冲击表面的速度。接触时间随着翻滚保护结构立柱的刚度的增加而减少，随着翻滚坡度的增加而增加，并且在目前的研究中接触时间从立柱刚度最大（立柱为 250 250 10坡度 15 的 80立柱刚度最低（立柱尺寸为 12025010）且坡度为 45 的 280间变化。当刚度大一点的 击一个坚硬的表面时，接触时间较短，这将导致大的作用力和峰值减速作用到 。当 刚度降低时，接触时间会增加并且会导致较小的作用力和峰值减速作用到 。这种响应特性更适合乘员，但是其特点是变形大，这将会侵入到驾驶室。因此， 17 力这双重标准的设计是显而易见的。 在撞击过程中，刚体表面的峰值减速随着时间的变化也在刚性表面的中心进 行了监控，其结果见图 10些图表明最初的反应特点是波动显著和大峰值减速。波动的时间随着 而峰值减速随着 些初始峰值减速变化范围从立柱刚度最大时的 6g，并且这些峰值减速是由于刚性表面撞击到 ，在弹性区域内 结构开始屈服且整个结构中的塑性铰变得比较明显时，刚性表面的减速特性稳定在近似平均值，即对于刚性最大的g，而对于刚性最小 图 10 荷挠度响应和 能量吸收 图 11于每一个时间步长，载荷的大小根据在所使用的碰撞方向上基部反作用力的总和计算出来。当刚性冲击面与过测量刚性冲击面的位移得到 有的 18 都显示出类似的反应，即较大的力和较小的挠度需要高刚度的 结果可以被预测 ,因为 架的破坏载荷与立柱的刚度有直接的关系，而且当力要求较高时 ,刚度大的 不考虑翻车坡度时，每条曲线的相似性也是显而易见的。虽然施加到 的增加而增加，但是对于给定的 对挠度响应的初始部分的影响是微乎其微的。这也表明，应变率效应的影响对于此研究中窄速度范围也是合理统一的。 部分能量的量值应该与刚性面传递给 动能大致相等。碰撞中动能 时间响应曲线见图 12于每一工况来说来说，虽然能量吸收随着时间增加，但是动能随着时间而减少。正如所料，每一种工况下的两条曲线互为逆镜像，还有一些微小的变化，这是因为一部分能量在摩擦时被耗散了。这些能量 吸收值比静态分析中的值要高。比如，当 50250100 时，图 1250000J 的能量。这几乎是 1997)中所需要的 3 倍。这两个能量吸收水平之间的差异表明这种方法之间有明显的不同之处。正如我们前面所提到的那样，用来制定需要能量吸收水平的守则的原理是难以量化的。然而目前的研究中使用的动力载荷是通过一个简化的数学模型建立起来的。 翻车保护结构的动态相应 19 图 11 （ a） 250 250 10，（ b） 200 250 10,(c) 150 250 10,(d) 120 250 10 性反弹能量 目前的翻滚保护结构标准无法告诉设计人员如何均衡 比例来满足他们的具体要求。在昆士兰科技大学的研究项目中很多的 造型的分析研究表明，谨慎成比例并且具有足够横向刚度的 许能完全满足标准的要求。 “ 也许 ” 这个词在这里用的很明智，因为这些 很重要的，使其从而可以有足够的强度来承受随之而来的标准中所要求的垂直载荷和纵向载荷。 设计者和制造商们通常开发出刚度有余的 是由于经济限制的驱动，因为当前的 行鉴定。通过对上面所提到的 翻车保护结构的动态相应 20 型实施动态响应仿真分析，我们发现，提高 而使增加的峰值减速传递个车辆的乘员。 图 12 （ a） 250 250 10的能量 (b) 200 25010的能量 (c) 150 250 10的能量 (d) 120 250 10的能量 我们都可以很好的理解，这两个反应参数都不是想要的，因为他们可能减少乘客在翻车中生存的机会。卡尼（ 1993）建议，高得令人无法接受的减速应该为严重车辆碰撞中乘员损伤负责。此外，使用过度的刚度可能会导致较大的弹性反弹能量。 2000）建议，在撞击过程中，弹性反弹能量可能会导致车辆操作室的被保护的结构进一步损伤，并且为了说明这个概念，他们提出了一个基于有弹簧的车辆碰撞的简单模型。在这种碰撞中，弹簧会压缩，这将导致车辆减速 ，并且把撞击中车辆的动能转化为弹簧中储存的压缩能。在这样的一个无法发生弹性变形的模型中，一旦弹簧达到最大的弹性变形能力，弹性翻车保护结构的动态相应 21 变形能将会释放。在这个阶段，储存的弹性应变能将会重新转换为车辆的动能，并且会导致车辆向相反的方向加速。在这样的情况下，作者提出开始的减速和后来的加速也许会给操作室带来更严重的破坏。 u（ 2000）的简化模型被用来确定在撞击中翻滚保护结构的适当的值。图 13显示当弹性反弹能量随着翻滚保护结构弹性动量能力的变化。弹性动量能力这个词被重新使用来确定翻滚保护结构立柱的刚度。从这张表很显然可 以看出，在翻滚撞击过程中释放的弹性反弹能随着立柱的刚度的增加而增加，而且对于较小的坡度更为严重。 图 13 态扩增系数 对于每一个刚度的构件， 已制定的动态载荷加载下的能量的吸收能力与其在静载荷加载下相应能量的吸收能力做对比（ 006a)。在给定挠度条件下，定期重复进行对比。然后对于每一次翻车角度和 均动态扩增系数被确定下来。结果如图 14 所示，并且在所有 在动态扩增系数，并且是相应静态能量吸收能量的 25%。 这可能是由于输入动能所产生的应变率和惯性作用的影响。这些发现表明：在动态翻车事件中，与目前 性能标准中的能量吸收标准相比， 要承受更大的能量。 翻车保护结构的动态相应 22 图 14 对于不同的 度和倾翻角度下的 量吸收的动态放大系数 撞时间的效应 瞬态脉冲载荷 众所周知，表面性质对翻滚的响应时间有影响，为了进一步加深对翻车保护装置碰撞响应的理解，进行了一个与瞬态脉冲载荷有关的动态研究。为了研究发生在各种表面情况的翻车碰撞，所研究的脉冲时间是变化的。在车辆碰撞领域，碰撞的研究已经证明在正面碰击 时，机动车所承受的力的分布符合脉冲曲线的形式。通常用于这些事故计算的脉冲曲线是半正矢，半正弦波，三角波或者方波。在公开的文献里，由于侧翻引起的动态响应中，对 且几乎没有研究者对其进行关注。在缺少这方面的信息下，我们制定了一个假设：把翻滚碰撞力理想化为一个短暂的半正弦波曲线。这个脉冲的持续时间是一个额外的参数，但在这个领域的研究者还没有明确对其定义。土方机械生产商卡特彼勒已经提供了一些指导，在 19世纪 60 年代晚期，卡特彼勒在各种不同的斜坡和土壤类型的条件下进行了一系列的 全方位的动态翻车测试。这段录像清晰地表明了当翻车时翻车保护装置与地面的接触时间在 100 300间。前面章节的结果也指出了类似的接触时间（ 80280基于这个信息，利用显示的有限元模块 脉冲载翻车保护结构的动态相应 23 荷进行时间范围的限制，并且应用到已经建立的 冲变量的测定。 利用动力学原理并且参考图 5c 的侧翻和侧翻时的转动， 这里 是角速度 d/)是角动量的变化率，F(t)是加载在物体上的冲击力，并且（ 力矩臂。 对于假设的半正弦瞬态脉冲，这个冲击力是： 这里 =接触时间），并且 据等式（ 11a,b)并且对接触时间进行积分，振幅 后冲击力 F(t)的表达采用如下公式： . 此等式可以被用来去模拟各种不同持续时间的脉冲，并且能够对变化工况下 限元模型 。有限元模型跟早期用过的相似，并且对它加载一系列动态脉冲载荷。对于这次研究， 150 250 10 50 250 12 分别用做 以前一样，利用 单元，以 20所应用的脉冲载荷下，两种材料模型被用来对 一个模型是 车保护结构的动态相应 24 了接近载荷区的模型外，这种材料模型适合 于加载区域，弹性带被成为模型的一部分，从而可以了避免 个弹性带的执行需要把 料模型赋予所有此区域的部件。与前面第五章的动态分析相似，假定弹性材料属性为密度 =7,850 kg/性模量 E=200,000松比 = 应变率效应、 系和边界约束跟以前所采用的相同。 加载是指把面压力载荷加载到 顶端角落，其面积为250载荷的强烈程度取决于用于脉冲载荷的接触时间。为了解释说明不同的表面状况，脉冲接触时间的变化范围在 100 和 300间，也许在翻车坡度范围为 15度和 45度之间的斜坡上，通过 表 2中提供了应用在 (t)的峰值的概要（也就是在等式 (11b)中振幅 A）。图 15a 和 1550 250他接触时间的脉冲是类 似的。对于 15 种有限元仿真需要的每一个定义的翻车坡度，对其有限元模型加载相应的动态脉冲载荷。我们不需要对接触进行定义，因为 加载是通过使用面载荷来完成的。需要从 出的是位于某些节点的位移的监控和每一支柱上基部边缘节点的基部反作用力的记录。对于每次仿真，能量数据和可视化的数据也被记录下来。 表 2 脉冲载荷下的峰值表 翻车保护结构的动态相应 25 图 15 （ a） 150荷脉冲 （ b） 250荷脉冲 态载荷分析的结果。 表 2 表明所使用的 载荷（ A）的强度对于段时间的碰撞是最强烈的。对于某一脉冲持续时间，计算所得到的脉冲的峰力强度值要远远大于 破坏载荷值，这将导致其过早破坏。为了说明这点，将介绍一个终止条件，当 条件允许提前结束所进行的分析。针对这个特殊的 件，挠度极限设为500于上面所描述的脉冲载荷，对每一个模型进行了分析，并且相应 26 的载荷挠度特性被绘制显示，如图 16示。这些曲线表明，对于短时间的脉冲，在每一个分析中 500极限挠度都被收到阻碍，并且 其响应与在侧翻实验中在一个简单的固定框架结构应用静力加载时所得到的响应相似。在这个响应中比较有趣的不同点是，模型载荷挠度响应的第二个峰值发生在到达 图 16 （ a） 45侧翻是的载荷挠度曲线（ b） 30侧翻是的载荷挠度曲线 （ c） 15侧翻是的载荷挠度曲线 这种现象被认为是由于模型在应变率效应的影响下和系列载荷下， 30度的翻车斜度和 100制出了 且结果与图 9所给的结果相 似。塑性铰产生于每根支柱的顶部和基部。 在每种工况下， 和图 17。很明显，从这些图表中可以得出一个趋势，那就是发生在硬表面碰撞有短时间脉冲的特点，这些脉冲将导致大作用力 /变形需求和相应大量的能量吸收为主要特征的大塑性变形。对翻车保护结构的动态相应 27 于具有软面碰撞特征的长时间脉冲，强加于 的作用力 /变形需要将会变小，因此结构的能量吸收能力也将会变小。对于这种现象，地面将被迫吸收更多的冲击能，但是对于在坚硬表面上的碰撞， 图中，由于长时间脉冲载荷下（ 250300能量的吸收由于太少而不能清楚地看到。 图 17 显示被 吸收的能量是脉冲持续时间的减函数，与软地面的碰撞相比，在硬地面的碰撞中， 此图中可以明显地得到另外一个显而易见的趋势，那就是在较陡的斜坡上发生碰撞时， 增长的原因归咎于惯性作用的影响，这种惯性作用与较陡斜坡导致较高的碰撞速度有关。在图 16个参数的影响也是突出的，并且 一步强调了 响。 表 3 短脉冲下的能量吸收能力 翻车保护结构的动态相应 28 图 17 在变化的侧翻角度和碰撞时间下的能量和脉冲时间曲线 6. 总结 有限元技术已经被用来对 动态碰撞进行仿真模拟， 这种动态碰撞是土方机械在斜坡上发生侧翻时的主要特征。动载荷是基于角动量守恒定律加载的。从这个研究中可以得到一些有趣并很重要的趋势。 量的吸收 目前做法得到的 量吸收标准超过了现行澳大利亚标准所需求的190%。这个数据可能看起来令人吃惊，并且可能对当前澳大利亚标准的合适性提 出疑问，但是必须注意的是，这篇文章中的方法是一个近似的方法，并且不能解释车辆其他任何部分进一步的能量吸收。此外，在标准中能量吸收定律的正确原理还不是很清楚，这使它的准确性很难去怀疑。除了两种方法的准确性外，目前结果显示：在动载荷下能量耗散的方式跟静载荷相似。 对于倾角为 15 度和 30度的翻车角度，根据最小原则需求，成比例的 是当翻车斜坡角度增长到 45 度时，这个角度在标准范围之外，发现 受到阻碍。具有更高硬度的其它 29 被发现可以吸收各种翻车角度的初始能量。 虽然每一个 能量吸收量很大，但是在所考虑的翻车斜坡上，在所估计的第一次碰撞中 范围没有被阻碍。 能量吸收中的峰值载荷和动态扩增系数 对于所研究的 们发现由输入动能而引起的应变率效应和惯性影响导致了相当高的峰值载荷。在初始载荷挠度的响应中载荷的这一增长被发现是波动的。但是通过建立能量吸收放大系数制定一个较准确的评估。在这个研究中，对于 态扩增系数是 25%。 如期所料，峰值的减速被发现是 柱硬度的增函数，并且对于比较陡的翻车斜坡更是如此。 这个结果表明 ,与一个相对柔性比较好的 于被保护的人来说硬度大的 面条件和冲击时间 在 过改变冲击脉冲的持续时间，对地面条件的影响进行了研究。结果发现较短的载荷脉宽导致了 此也导致 料应变率敏感性的影响对 且有一个趋势，即在较陡的冲击中 们发现由于持续时间较长的脉冲可以迫使地面吸收更多的翻车能量，所以长持续时间的脉 冲载荷对 较硬的 将导致一个较高的弹性反弹能量，但是一个柔性较好的 此能够在较小的弹性反弹能量下更有效地耗散翻滚能量。对于较硬的 大的弹性势能可能使其进一步翻滚。这个发现促进了柔性翻车保护结构作为安全装置能量吸收的应用。 要发现 翻车保护结构的动态相应 30 根据标准 997)的规定，基于最小静载荷规定的成比例的 高达 30度倾角的斜坡上发生侧翻时，可以充分承受一个初始侧翻的冲击力。 过硬度 使用导致高峰减速的产生，并且对车辆驾驶者在翻车中的存活几率产生不利的反作用力。 柱的硬度对它能量吸收能力起着重要的作用。 在能量吸收方面，平均动态扩增系数随着翻车斜度的变大而增大，并且对于所测试的 工况，这个量值范围从 17%到 25%。 研工程的主要目的之一是评估 性能，而应用分析技术对其进行分析的影响和可行性已经被论证了。 翻车保护结构的动态相应 31 参考文献 1 1997), 4, 2 J. F. (1993), . , 3 C. C., F., L. & S. R. (1998), A of in 230/41, 4 B. J. (2006a), of to 5 B. J., D. P. & N. J. (2006b), of a of 84(1),2934. 6 L. J. (1976),60691, 7 J. R., V. H., J. R., K. A.& K. H. (2000), in 6(3), 215225. 8 H. M. (1994), 9 C. J., R. J. &(1985), of 50788, 10 G. R. (2001), of 11 T. H. & S. R. (2001), 43, 21472170. 12 V. V. & V. V. (1968), of 5(3), 43G. L. (1969), 车保护结构的动态相应 32 of 90569, 13 2000), 14 A. K., G. E. & B. J. (1978),of 4(4), 633645. 15 (1994), 1040, 16 S. A. (1988), 209, 17 J. A., P. & S. R. (1997), 3136. 18 E. M. (1967), of