家用救生舱的设计与研究

发布时间：2017-10-19 22:05

  本文关键词：家用救生舱的设计与研究

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【摘要】：本文在总结家用救生舱国内外发展现状基础上，参考矿用救生舱的设计经验，设计了两种新型的家用救生舱形式：拱形舱和多边形舱，并提出一种新的舱门锁紧结构设计方案。然后利用有限元理论对舱体和舱门结构进行静力学分析，在此基础上对舱体和舱门结构按照MOGA多目标遗传算法进行优化设计；通过对地震灾害的研究基础上，对舱体承受重物跌落冲击能力和自身高空跌落进行动力学响应分析；利用AUTODYN的欧拉-拉格朗日耦合算法对厨房燃气爆炸问题进行求解，并利用得出的冲击波曲线进行舱体爆炸冲击分析；最后通过对火灾发展规律的研究，对舱体的防火能力和隔热能力进行设计与分析，利用标准火灾升温曲线对舱体结构进行了瞬态传热分析，改进了隔热结构。论文的主要研究工作和内容有： （1）本文首先设计了两种适用于家用环境的救生舱结构：拱形舱体结构（A型）和多边形舱体结构（B型），利用ANSYS Workbench的静力学模块；采用18MnMoNbR和玻璃钢材料对两种舱体进行0.3MPa压力分析，得到舱体的应力、变形分布和法兰处螺栓受力分布，，讨论了两种舱体适用场合；针对家用救生舱的特点设计一种拱形舱门，分析了几种常用的锁紧方式的应用，并提出一种新型舱门锁紧机构设计方案，并对舱门进行理论校核和有限元静力分析，通过舱门的模态分析，验证了静力分析的有效性。 （2）其次在静力分析的基础上利用Workbench的DOE模块提供的MOGA方法对拱形舱体和舱门简化结构进行了多参数优化分析，分析了各主要参数对舱体和舱门应力和变形的影响，找出了改进优化方案。 （3）接着对拱形舱体结构的耐重物冲击能力和抗跌落能力进行了LS-DYNA动力学分析，得出了舱体冲击状态下的应力和变形分布情况，并对舱体的缓冲系统设计提出设计方案，分析了泡沫铝缓冲支撑对舱体的跌落缓冲作用；并对舱内着落缓冲方案做了探讨。 （4）利用AUTODYN软件的欧拉-拉格朗日耦合算法对救生舱安放环境房间的燃气爆炸做了模拟，得出了房间内部压力流场历史和救生舱的合理安放位置，并得出房间内简化爆炸压力曲线，利用该曲线做了舱体整体模型的抗爆冲击分析，得到了舱体的模型的应力、变形响应云图，验证了舱体结构的抗爆能力。 （5）最后分析了家用救生舱的热防护能力，并对其表层防火设计和隔热层设计做了深入探讨，并采用标准升温曲线对舱体的简化结构进行了瞬态热分析，对有无防火涂层，加强筋内置和外置几种情况分别做了分析，得出舱体内壁温度变化曲线，得出外置方案隔热性能更好，为家用救生舱隔热防护提供理论依据。 综上所述，本文完成了家用救生舱的基本结构设计和舱体各种工况下的分析讨论，为家用救生舱的推广和改进做了大量工作。
【关键词】：家用救生舱 多参数优化 跌落冲击 爆炸冲击响应 防火隔热
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD774
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 家用救生舱设计要求和设计重点12-15
• 1.3 国内外研究状况15-17
• 1.4 本课题的研究目标与研究内容17-19
• 2 救生舱结构设计与静力学分析19-40
• 2.1 救生舱的整体结构方案19-21
• 2.1.1 材料选择19-20
• 2.1.2 家用救生舱形状设计20-21
• 2.2 A 型舱壳结构方案设计与静力学分析21-27
• 2.2.1 A 型舱壳结构方案设计21-23
• 2.2.2 A 型舱静力学有限元分析设置23-24
• 2.2.3 A 型舱分析结果24-27
• 2.3 B 型舱壳方案设计和静力学有限元分析27-32
• 2.3.1 B 型舱壳结构方案设计27-28
• 2.3.2 B 型舱静力学有限元分析设置28
• 2.3.3 B 型舱分析结果28-32
• 2.4 舱门设计与校核32-38
• 2.4.1 舱门锁紧方式33-34
• 2.4.2 舱门设计计算34-36
• 2.4.3 舱门有限元分析36-38
• 2.5 本章小结38-40
• 3 舱体结构和舱门结构优化分析40-52
• 3.1 拱形舱体结构优化41-49
• 3.1.1 优化准则41-42
• 3.1.2 优化设置42-43
• 3.1.3 优化分析结果43-48
• 3.1.4 局部优化48-49
• 3.2 舱门优化分析49-51
• 3.3 本章总结51-52
• 4 舱体抗重物冲击分析和跌落分析52-69
• 4.1 抗重物跌落冲击分析52-57
• 4.1.1 重物跌落冲击分析的假设和基本方程52-53
• 4.1.2 重物跌落冲击分析设定53-54
• 4.1.3 重物跌落冲击分析结果讨论54-57
• 4.2 舱体跌落分析57-60
• 4.2.1 舱体跌落冲击力学分析57-58
• 4.2.2 跌落分析设置58
• 4.2.3 跌落分析结果58-60
• 4.3 舱体缓冲器的设计和分析60-64
• 4.3.1 缓冲器设计60-62
• 4.3.2 带有缓冲器的舱体跌落分析62-64
• 4.4 舱内着陆缓冲装置64-67
• 4.5 本章小结67-69
• 5 家用救生舱抗爆能力分析69-88
• 5.1 爆炸载荷分析69-81
• 5.1.1 冲击波超压破坏准则69-70
• 5.1.2 冲击波超压70-71
• 5.1.3 冲击波作用时间71-72
• 5.1.4 等效 TNT 当量计算72
• 5.1.5 计算软件选用72-73
• 5.1.6 计算模型建立73
• 5.1.7 材料设置73-74
• 5.1.8 算法选择74-75
• 5.1.9 计算设置75-76
• 5.1.10 计算结果分析76-80
• 5.1.11 典型燃气载荷爆炸曲线80-81
• 5.2 家用救生舱抗燃气爆炸冲击分析81-87
• 5.2.1 LS-DYNA 显示动力学分析理论81-82
• 5.2.2 分析设定82-84
• 5.2.3 抗爆分析结果讨论84-87
• 5.3 本章小结87-88
• 6 家用救生舱热防护性能研究88-102
• 6.1 家用救生舱表层防火研究88-91
• 6.1.1 火灾发展过程88-89
• 6.1.2 防火涂层的应用89-90
• 6.1.3 家用救生舱表层防火设计90-91
• 6.2 家用救生舱隔热层设计与研究91-94
• 6.2.1 常用保温材料介绍91
• 6.2.2 隔热层设计91-92
• 6.2.3 舱体传热理论92-94
• 6.3 家用救生舱热传导分析94-101
• 6.3.1 舱体分析模型简化95
• 6.3.2 材料参数设置和网格划分95-96
• 6.3.3 边界条件的施加96
• 6.3.4 内置加强筋方案热防护能力分析96-99
• 6.3.5 外置加强筋方案热防护能力分析99-101
• 6.4 本章小结101-102
• 总结与展望102-104
• 全文总结102-103
• 工作展望103-104
• 参考文献104-109
• 致谢109-110
• 攻读硕士研究生期间发表的学术论文目录110-111

【参考文献】

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本文编号：1063568