為研究井下瓦斯爆轟特性,本文對管道內(nèi)的甲烷氣體爆轟特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究及仿真計(jì)算,并分析了甲烷氣體爆轟產(chǎn)生的波形。為設(shè)計(jì)井下救生艙結(jié)構(gòu)并進(jìn)行優(yōu)化,本文計(jì)算了作用載荷下救生艙艙體的沖擊響應(yīng)。首先,在內(nèi)徑63.5mm的圓柱形管道、內(nèi)徑50.8mm的圓形管道及小尺寸矩形截面管道內(nèi)進(jìn)行了CH4+2O2預(yù)混氣爆轟實(shí)驗(yàn)。得到煙膜軌跡后,計(jì)算出橫波間距數(shù)據(jù)的柱狀圖、方差曲線、自相關(guān)函數(shù)結(jié)果,與其它預(yù)混氣進(jìn)行對比,確定CH4+2O2是一種爆轟十分不穩(wěn)定的氣體。分析三種管道內(nèi)得到的甲烷爆轟速度曲線,確定邊界條件對爆轟速度的影響不明顯,且爆轟波壓力-時(shí)間曲線隨傳播距離有所改變。然后,用‘Chemical Equilibrium Analysis’程序,通過逼近法獲得計(jì)算所需的爆轟初始壓力,使用Autodyn建立瓦斯（以CH4為代表性氣體）在全尺寸大型試驗(yàn)巷道中爆轟的有限元模型,得到了迎爆面、后端面以及各艙段的爆轟波壓力-時(shí)間曲線。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果波形變化規(guī)律基本吻合,驗(yàn)證了該瓦斯爆轟模型的正確性。之后,通過分析北京科技大學(xué)進(jìn)行的試驗(yàn)中艙體破壞情況,指出了救生艙設(shè)計(jì)要點(diǎn)及仿真標(biāo)定的基礎(chǔ)。采用非線性顯示分析軟... 

【文章頁數(shù)】：149 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 煤礦瓦斯爆炸特性研究現(xiàn)狀
        1.2.1 煤礦瓦斯爆炸實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀
        1.2.2 煤礦瓦斯爆炸數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀
    1.3 煤礦瓦斯沖擊波作用效應(yīng)研究進(jìn)展
    1.4 煤礦救生系統(tǒng)設(shè)施研究現(xiàn)狀
    1.5 本文主要研究內(nèi)容
第2章 煤礦井下瓦斯爆轟傳播研究
    2.1 前言
    2.2 CH_4+2O_2預(yù)混氣在管道內(nèi)爆轟特性
        2.2.1 圓形截面管道 1—Φ50.8 mm中CH_4+2O_2預(yù)混氣爆轟實(shí)驗(yàn)
        2.2.2 圓形截面管道 2—Φ63.5 mm中CH_4+2O_2預(yù)混氣爆轟實(shí)驗(yàn)
        2.2.3 管道內(nèi)部CH_4+2O_2預(yù)混氣爆轟橫波結(jié)構(gòu)
        2.2.4 矩形截面管道中CH_4+2O_2預(yù)混氣爆轟實(shí)驗(yàn)
    2.3 巷道內(nèi)艙體流場載荷數(shù)值模擬計(jì)算
        2.3.1 流場載荷計(jì)算模型
        2.3.2 艙體作用載荷計(jì)算結(jié)果
    2.4 本章小結(jié)
第3章 瓦斯爆炸波對結(jié)構(gòu)的沖擊響應(yīng)特性研究
    3.1 前言
    3.2 救生艙艙體抗爆炸沖擊仿真標(biāo)定
        3.2.1 救生艙艙體抗瓦斯/瓦斯煤塵爆炸沖擊試驗(yàn)系統(tǒng)
        3.2.2 救生艙艙體抗瓦斯/瓦斯煤塵爆炸沖擊試驗(yàn)結(jié)果分析
    3.3 救生艙抗爆炸沖擊波仿真試驗(yàn)?zāi)Ｐ?br>        3.3.1 數(shù)值模型
        3.3.2 材料模型
        3.3.3 約束條件
        3.3.4 艙體作用載荷計(jì)算結(jié)果
    3.4 救生艙結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析
        3.4.1 整艙結(jié)果
        3.4.2 重點(diǎn)部位結(jié)果
        3.4.3 密封件間相對位移結(jié)果
        3.4.4 失效分析
    3.5 本章小結(jié)
第4章 不同基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式在救生艙沖擊載荷作用下的影響
    4.1 救生艙艙體不同基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式
    4.2 救生艙基礎(chǔ)殼體材料及尺寸
    4.3 一體式與分段式的設(shè)計(jì)
        4.3.1 一體式與分段式結(jié)構(gòu)
        4.3.2 一體式與兩段式力學(xué)分析
        4.3.3 數(shù)值計(jì)算模型
        4.3.4 應(yīng)力及位移結(jié)果分析
    4.4 加強(qiáng)筋的影響
        4.4.1 建立殼體模型
        4.4.2 數(shù)值計(jì)算結(jié)果及分析
    4.5 救生艙在沖擊波載荷下的截面影響
        4.5.1 矩形截面殼體基本尺寸
        4.5.2 圓形截面殼體基本尺寸
        4.5.3 兩種截面殼體厚度設(shè)計(jì)
        4.5.4 建立兩種截面殼體模型
        4.5.5 數(shù)值計(jì)算模型及結(jié)果分析
    4.6 本章小結(jié)
第5章 救生艙艙體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
    5.1 救生艙艙體優(yōu)化內(nèi)容
    5.2 優(yōu)化后的救生艙結(jié)構(gòu)
    5.3 優(yōu)化后救生艙在沖擊載荷下的響應(yīng)結(jié)果
        5.3.1 艙體應(yīng)力云圖
        5.3.2 艙體位移云圖
        5.3.3 塑性應(yīng)變結(jié)果
        5.3.4 重點(diǎn)部位密封性結(jié)果
    5.4 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論
    6.1 主要結(jié)論
    6.2 研究展望
    6.3 論文創(chuàng)新點(diǎn)
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單
致謝
作者簡介


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3694694