新型矿用救生舱舱体结构设计及参数优化研究

发布时间：2017-04-11 17:03

  本文关键词：新型矿用救生舱舱体结构设计及参数优化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前矿用救生舱舱体只在生存舱装有应急逃生口作为矿工逃生出口，存在当发生瓦斯爆炸事故时冲击载荷过大舱体前门严重变形及发生透水事故时员工无法顺利进入生存舱的安全隐患问题。本论文针对以上问题，设计出四款应急逃生口在过渡舱和生存舱侧面及顶部不同位置的新型救生舱舱体结构，以降低救生舱在使用过程中的安全隐患问题。利用LS-DYNA软件对设计的舱体进行不同冲击载荷、材料和几何参数下的数值模拟计算，对比分析救生舱舱体抗爆性能和成本，，获得舱体优化参数推荐值，从而降低救生舱舱体的研发成本。本论文主要的研究内容如下： (1)对目前国内外矿用救生舱舱体研究现状及煤矿实际使用环境进行分析，煤矿发生瓦斯爆炸事故时，瓦斯爆炸冲击波沿巷道传播过程中，压力迅速上升而后由于摩擦和粘性作用，压力波处于衰减状态，但并不是单调衰减，从而确定救生舱舱体承受的冲击载荷可近似认为承载瞬时脉冲载荷，根据规范要求中提出的抗流场最大峰值超压不小于2×0.3MPa（2为安全系数），将救生舱舱体承受的载荷确定为不小于0.6MPa的冲击载荷，建立压力-时间曲线； (2)对救生舱数值模拟软件的实现及有限元分析方法进行研究，建立两种符合我国煤矿井下实际情况的数值模拟试验解决方案：煤矿发生瓦斯爆炸事故时，瓦斯爆炸冲击波对舱体各面进行冲击，为了得到舱体在最大冲击载荷下各侧面能够承受的抗爆冲击能力，利用有限元软件LS-DYNA对舱体前面、后面、左面和右面分别加载；瓦斯爆炸气体沿放置救生舱的巷道传播，冲击波对舱体各个面同时产生冲击力，为了准确计算救生舱舱体能够承受的抗爆冲击能力，对舱体各侧面同时加载； (3)针对上述救生舱舱体存在的安全隐患问题，本论文设计了四款救生舱，分别为应急逃生口在过渡舱右侧面和第三节生存舱左侧面的A型救生舱，应急逃生口在过渡舱右侧面和第二节生存舱左侧面的B型救生舱，应急逃生口在过渡舱右侧面和第一节生存舱左侧面的C型救生舱，应急逃生口在过渡舱右侧面、第一节生存舱左侧面和第二节生存舱顶部的D型救生舱； (4)利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对设计的救生舱舱体进行动态数值模拟分析计算，得到其应力、位移分布规律，并对舱体抗爆安全性能进行分析，通过综合对比分析设计的几款舱体抗爆强度和矿工逃生路线等因素，确定较好的舱体结构模型； (5)对较好的舱体结构模型进行不同冲击载荷、不同几何参数下的数值模拟计算及抗爆性能分析，在保证抗爆冲击性能安全规范要求情况下，获取不同瓦斯爆炸冲击载荷下的救生舱舱体优化参数与应力、位移变化关系的模拟数据，为满足我国煤矿井下不同环境需求的救生舱舱体研发提供一定理论参考依据。
【关键词】：救生舱舱体 抗爆性能分析 数值模拟 参数优化
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD774
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 选题背景及研究意义9-10
• 1.2 救生舱国内外研究现状10-11
• 1.2.1 国外研究现状10
• 1.2.2 国内研究现状10-11
• 1.3 研究内容及技术路线11-15
• 1.3.1 研究内容11-12
• 1.3.2 技术路线12-15
• 2 救生舱舱体结构设计15-19
• 2.1 救生舱舱体概述15-16
• 2.1.1 救生舱舱体分类简介15
• 2.1.2 救生舱舱体结构组成及功能15-16
• 2.2 救生舱舱体结构设计16-18
• 2.2.1 舱体结构设计方案16-17
• 2.2.2 舱体几何模型尺寸及材料参数17-18
• 2.3 本章小结18-19
• 3 不同救生舱舱体结构抗爆性能模拟计算及对比分析19-27
• 3.1 救生舱舱体有限元分析方法19-20
• 3.1.1 舱体数值模拟试验解决方案建立19-20
• 3.1.2 舱体有限元模型建立20
• 3.2 救生舱舱体承受的动态载荷曲线确定20-22
• 3.2.1 舱体承受冲击载荷变化规律分析20-21
• 3.2.2 舱体加载载荷曲线21-22
• 3.3 救生舱舱体数值模拟计算及抗爆性能对比分析22-26
• 3.3.1 舱体数值模拟计算及应力分布规律分析22-25
• 3.3.2 舱体抗爆性能对比分析及较优结构确定25-26
• 3.4 本章小结26-27
• 4 系列救生舱舱体抗爆性能模拟计算及优化参数值确定27-60
• 4.1 不同厚度、材料及冲击载荷下舱体模型计算分析28-56
• 4.1.1 Q345 材料不同冲击载荷、厚度下舱体模拟计算28-38
• 4.1.2 Q235 材料不同冲击载荷、厚度下舱体模拟计算38-48
• 4.1.3 Q195 材料 0.6MPa 冲击载荷下 8mm 厚舱体模拟计算48
• 4.1.4 Q215 材料不同冲击载荷、厚度舱体模拟计算48-50
• 4.1.5 Q295 材料不同冲击载荷、厚度下舱体模拟计算50-51
• 4.1.6 Q390 材料不同冲击载荷、厚度下舱体模拟计算51-53
• 4.1.7 Q420 材料不同冲击载荷、厚度下舱体模拟计算53-55
• 4.1.8 Q460 材料不同冲击载荷、厚度下舱体模拟计算55-56
• 4.2 救生舱舱体抗爆性能综合分析56-58
• 4.3 不同需求的救生舱舱体优化参数推荐值建立58-59
• 4.4 本章小结59-60
• 5 结论与展望60-62
• 5.1 结论60-61
• 5.2 展望61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-66
• 附录66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 徐国强;;2012搜选你的“救生舱”[J];矿业装备;2012年11期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 方海峰;煤矿井下救生舱及硐室防护结构动力学研究[D];中国矿业大学;2012年

2 李长录;煤矿井下紧急避险关键装备的数值模拟分析与研制[D];中国矿业大学（北京）;2013年

  本文关键词：新型矿用救生舱舱体结构设计及参数优化研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：299529