本文關(guān)鍵詞：礦用救生艙結(jié)構(gòu)抗爆與抗熱沖擊性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：煤礦瓦斯爆炸是瞬間破壞力巨大、且易發(fā)生二次爆炸的嚴(yán)重事故,造成人員傷亡嚴(yán)重。為此,在繼續(xù)深入研究事故預(yù)防措施的同時(shí),礦山重大災(zāi)害應(yīng)急救援技術(shù)成為關(guān)注的焦點(diǎn),其中緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)及其安裝技術(shù)就是重點(diǎn)研究的內(nèi)容,而礦用移動(dòng)式救生艙以其移動(dòng)性強(qiáng)、啟動(dòng)時(shí)間短、安裝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)作為緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)研究對(duì)象之一。 救生艙作為礦工躲避災(zāi)害、獲得逃生的一種重要裝備,其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,密封可靠性,抗熱沖擊性能直接影響著礦工的生命安全。而瓦斯爆炸產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波會(huì)使救生艙的結(jié)構(gòu)發(fā)生一定程度的塑性變形,甚至發(fā)生傾倒和扭曲,破壞嚴(yán)重時(shí)將失去保護(hù)作用,同時(shí)伴隨爆炸的熱沖擊會(huì)使艙體內(nèi)部溫度瞬間升高。要保證救生艙應(yīng)有的保護(hù)功能,則必須使其在爆炸沖擊作用下結(jié)構(gòu)不發(fā)生破壞,密封部位不發(fā)生泄漏,以及艙體具有抵抗瞬間高溫沖擊的能力。為了研究艙體的安全可靠性,必須以真實(shí)巷道中爆炸沖擊波的產(chǎn)生、傳播、以及對(duì)所遇障礙物的破壞機(jī)理為基礎(chǔ),分析沖擊波在艙體周?chē)膲毫Ψ蹬c規(guī)律,分析艙體與空氣沖擊波的耦合作用。 本文利用非線性顯式動(dòng)力學(xué)分析軟件LS-DYNA,建立爆源、空氣巷道及簡(jiǎn)化救生艙的三維有限元模型。爆源和空氣采用ALE單元,艙體結(jié)構(gòu)采用LAGRANGE單元,保證爆源產(chǎn)生的沖擊壓力滿足100m外救生艙所需峰值載荷要求,考慮了救生艙作為障礙物對(duì)沖擊波傳播的影響,通過(guò)一點(diǎn)多物質(zhì)ALE流固耦合算法,模擬得到爆炸沖擊波在巷道中的傳播過(guò)程、瓦斯爆源的TNT當(dāng)量,以及艙體周?chē)膲毫?時(shí)間曲線。 以某型分節(jié)組裝式硬體救生艙為分析對(duì)象,將上述流固耦合模擬得到的真實(shí)爆炸沖擊載荷曲線分別加載到艙體不同的面,分析了救生艙結(jié)構(gòu)在爆炸載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)力及變形,以Mises屈服準(zhǔn)則給出了等效應(yīng)力、等效塑性應(yīng)變的時(shí)程曲線、變形分布云圖,并找到最大應(yīng)力與最大變形出現(xiàn)位置,依據(jù)判定準(zhǔn)則評(píng)判了艙體結(jié)構(gòu)是否受到破壞,校驗(yàn)本型號(hào)救生艙在爆炸載荷作用下的安全性和可靠性。結(jié)果表明,艙體迎爆門(mén)系統(tǒng)及其上的觀察窗防爆玻璃、合頁(yè)、門(mén)框均符合安全標(biāo)準(zhǔn)；骨架法蘭處有應(yīng)力集中導(dǎo)致塑性變形；外層鋼板在整個(gè)沖擊過(guò)程中產(chǎn)生強(qiáng)烈彈性振動(dòng),其等效應(yīng)力小于材料屈服強(qiáng)度,但最大彈性變形超過(guò)安全準(zhǔn)則范圍,屬于剛度不足；后門(mén)系統(tǒng)雖未破壞失效,但其變形過(guò)大導(dǎo)致逃生門(mén)密封失效,也屬于剛度偏弱。 最后以一節(jié)艙體為研究對(duì)象應(yīng)用ABAQUS熱分析模塊研究其抵抗瞬時(shí)高溫沖擊性能,將900℃高溫?zé)崃骷虞d到艙體外表面,加載時(shí)間為120s,獲得了艙體外表面、隔熱層、以及內(nèi)表面各區(qū)域溫升曲線,給出了艙體結(jié)構(gòu)上的溫度分布云圖,并對(duì)艙體的高溫沖擊熱應(yīng)力進(jìn)行了分析,最后以安全評(píng)價(jià)準(zhǔn)則判定了艙體抗瞬時(shí)高溫?zé)釠_擊性能滿足安全要求。以上所得到的結(jié)果為救生艙的設(shè)計(jì)以及優(yōu)化改進(jìn)提供了很好的依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：爆炸沖擊 礦用救生艙 流固耦合 動(dòng)態(tài)響應(yīng) 高溫沖擊
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TD774
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-22
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 煤礦瓦斯爆炸機(jī)理及特性10-13
• 1.2.1 瓦斯爆炸機(jī)理研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 瓦斯爆炸實(shí)驗(yàn)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)與礦用救生艙概述13-19
• 1.3.1 緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)13-14
• 1.3.2 礦用救生艙14-19
• 1.4 礦用救生艙抗爆性能的研究現(xiàn)狀19-20
• 1.5 本文主要研究?jī)?nèi)容20-22
• 第二章 礦用救生艙抗爆炸TNT當(dāng)量與沖擊載荷22-36
• 2.1 數(shù)值模擬方法與工具概述22-25
• 2.1.1 有限元理論介紹22-23
• 2.1.2 顯式動(dòng)力學(xué)程序LS-DYNA介紹23-25
• 2.2 瓦斯爆炸的數(shù)學(xué)模型25-27
• 2.3 爆源當(dāng)量計(jì)算27-28
• 2.3.1 爆源與巷道的基本條件27
• 2.3.2 瓦斯爆源的TNT當(dāng)量計(jì)算27-28
• 2.4 計(jì)算模型與計(jì)算方法28-31
• 2.4.1 巷道及爆源的有限元模型28-29
• 2.4.2 救生艙的簡(jiǎn)化有限元模型29
• 2.4.3 材料參數(shù)與狀態(tài)方程29-31
• 2.5 計(jì)算結(jié)果及分析31-35
• 2.6 本章小結(jié)與討論35-36
• 第三章 礦用救生艙抗爆性能的數(shù)值模擬36-61
• 3.1 引言36-37
• 3.2 計(jì)算模型的建立37-43
• 3.2.1 三維幾何模型37-39
• 3.2.2 有限元模型網(wǎng)格劃分39-41
• 3.2.3 材料參數(shù)41-42
• 3.2.4 邊界與約束條件42
• 3.2.5 載荷施加42-43
• 3.3 模擬結(jié)果與分析43-58
• 3.3.1 救生艙整體結(jié)構(gòu)的響應(yīng)結(jié)果43-50
• 3.3.2 前后門(mén)系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果50-55
• 3.3.3 板殼部分計(jì)算結(jié)果55-58
• 3.4 本章小結(jié)58-61
• 第四章 礦用救生艙艙體抗熱沖擊性能分析61-69
• 4.1 引言61-62
• 4.2 計(jì)算模型與計(jì)算方法62-64
• 4.2.1 有限元模型62-63
• 4.2.2 邊界與約束條件63
• 4.2.3 熱沖擊載荷施加63-64
• 4.3 模擬結(jié)果與分析64-68
• 4.3.1 艙體溫度場(chǎng)分布64-66
• 4.3.2 艙體熱應(yīng)力結(jié)果66-68
• 4.4 本章小結(jié)68-69
• 第五章 全文總結(jié)與工作展望69-73
• 5.1 全文總結(jié)69-71
• 5.2 工作展望71-73
• 參考文獻(xiàn)73-77
• 致謝77-78
• 攻讀學(xué)位期間的主要研究成果78

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：324409