百吨级工程车辆FOPS落锤冲击的动态仿真

江 建， 张文明， 段广洪， 向 东

(1.清华大学 精密仪器与机械学系，北京 100084;2.北京科技大学 土木与环境工程学院，北京 100083)

工程车辆一般工作在矿山和水利工地等条件恶劣的地区，容易产生落石事故。落物保护结构［1](fallingobject protective structures，简称为FOPS)是在工程车辆上安装的一组结构件，能在物体(树木、岩石、混凝土块等)坠落时，对司机提供适当保护。目前安装FOPS和ROPS(翻车保护结构)成为美国和欧洲大多数国家对工程车辆的强制性要求，因此设计制造符合标准要求、结构合理的落物和翻车保护结构，是目前国内工程机械制造企业进入欧美市场前急待解决的问题［2－4]。而国内对FOPS和ROPS的研究绝大多数针对小型和中型工程车辆［5－8]，百吨级工程车辆 FOPS和 ROPS的数值模拟和设计方法的研究在国内较少。

本文以我国首款自主研发的170吨电动轮矿用自卸车FOPS为例，采用显式动态非线性有限元法分析落锤冲击FOPS整个过程的动态冲击响应，分析了落锤与FOPS间碰撞的能量转换规律、接触冲击力波形和冲击变形规律，为今后超大型工程车辆设计提供理论基础，缩短设计周期，降低制造费用。

1 FOPS的结构设计及性能要求

根据国际标准ISO3449的要求，评定FOPS性能是否合格，是用标准落锤从能产生11 600 J能量的高度自由下落，撞击FOPS的上表面，FOPS的任何部分变形不得进入人体的极限生存空间即挠曲极限量(Deflection-Limiting Volume，简称 DLV)［9]，且 FOPS 不被落锤击穿。

DLV是在对FOPS进行实验室鉴定时，用以规定与驾驶员安全有关的FOPS的变形不得侵入的空间。图1是DLV的尺寸。

图1 挠……