本文關鍵詞：礦用救生艙結構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)生二次爆炸的嚴重事故,造成人員傷亡嚴重。為此,在繼續(xù)深入研究事故預防措施的同時,礦山重大災害應急救援技術成為關注的焦點,其中緊急避險系統(tǒng)及其安裝技術就是重點研究的內(nèi)容,而礦用移動式救生艙以其移動性強、啟動時間短、安裝簡單的特點作為緊急避險系統(tǒng)研究對象之一。 救生艙作為礦工躲避災害、獲得逃生的一種重要裝備,其結構強度,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)生強大的沖擊波會使救生艙的結構發(fā)生一定程度的塑性變形,甚至發(fā)生傾倒和扭曲,破壞嚴重時將失去保護作用,同時伴隨爆炸的熱沖擊會使艙體內(nèi)部溫度瞬間升高。要保證救生艙應有的保護功能,則必須使其在爆炸沖擊作用下結構不發(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,必須以真實巷道中爆炸沖擊波的產(chǎn)生、傳播、以及對所遇障礙物的破壞機理為基礎,分析沖擊波在艙體周圍的壓力幅值與規(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力學分析軟件LS-DYNA,建立爆源、空氣巷道及簡化救生艙的三維有限元模型。爆源和空氣采用ALE單元,艙體結構采用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沖擊波傳播的影響,通過一點多物質ALE流固耦合算法,模擬得到爆炸沖擊波在巷道中的傳播過程、瓦斯爆源的TNT當量,以及艙體周圍的壓力-時間曲線。 以某型分節(jié)組裝式硬體救生艙為分析對象,將上述流固耦合模擬得到的真實爆炸沖擊載荷曲線分別加載到艙體不同的面,分析了救生艙結構在爆炸載荷作用下產(chǎn)生的應力及變形,以Mises屈服準則給出了等效應力、等效塑性應變的時程曲線、變形分布云圖,并找到最大應力與最大變形出現(xiàn)位置,依據(jù)判定準則評判了艙體結構是否受到破壞,校驗本型號救生艙在爆炸載荷作用下的安全性和可靠性。結果表明,艙體迎爆門系統(tǒng)及其上的觀察窗防爆玻璃、合頁、門框均符合安全標準；骨架法蘭處有應力集中導致塑性變形；外層鋼板在整個沖擊過程中產(chǎn)生強烈彈性振動,其等效應力小于材料屈服強度,但最大彈性變形超過安全準則范圍,屬于剛度不足；后門系統(tǒng)雖未破壞失效,但其變形過大導致逃生門密封失效,也屬于剛度偏弱。 最后以一節(jié)艙體為研究對象應用ABAQUS熱分析模塊研究其抵抗瞬時高溫沖擊性能,將900℃高溫熱流加載到艙體外表面,加載時間為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,給出了艙體結構上的溫度分布云圖,并對艙體的高溫沖擊熱應力進行了分析,最后以安全評價準則判定了艙體抗瞬時高溫熱沖擊性能滿足安全要求。以上所得到的結果為救生艙的設計以及優(yōu)化改進提供了很好的依據(jù)。
【關鍵詞】：爆炸沖擊 礦用救生艙 流固耦合 動態(tài)響應 高溫沖擊
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：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 煤礦瓦斯爆炸機理及特性10-13
• 1.2.1 瓦斯爆炸機理研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 瓦斯爆炸實驗國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 緊急避險系統(tǒng)與礦用救生艙概述13-19
• 1.3.1 緊急避險系統(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 本文主要研究內(nèi)容20-22
• 第二章 礦用救生艙抗爆炸TNT當量與沖擊載荷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 顯式動力學程序LS-DYNA介紹23-25
• 2.2 瓦斯爆炸的數(shù)學模型25-27
• 2.3 爆源當量計算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當量計算27-28
• 2.4 計算模型與計算方法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 計算結果及分析31-35
• 2.6 本章小結與討論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 模擬結果與分析43-58
• 3.3.1 救生艙整體結構的響應結果43-50
• 3.3.2 前后門系統(tǒng)的計算結果50-55
• 3.3.3 板殼部分計算結果55-58
• 3.4 本章小結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 計算模型與計算方法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 模擬結果與分析64-68
• 4.3.1 艙體溫度場分布64-66
• 4.3.2 艙體熱應力結果66-68
• 4.4 本章小結68-69
• 第五章 全文總結與工作展望69-73
• 5.1 全文總結69-71
• 5.2 工作展望71-73
• 參考文獻73-77
• 致謝77-78
• 攻讀學位期間的主要研究成果78

【參考文獻】

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

本文編號：324409