矿用救生舱舱体动态数值模拟分析及结构优化

发布时间：2017-05-25 14:03

  本文关键词：矿用救生舱舱体动态数值模拟分析及结构优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：矿用救生舱是矿井下发生灾害事故时，矿工用于逃生和避难的重要救援设备，但目前救生舱舱体质量还存在一定的安全隐患。本论文采用有限元方法对矿用救生舱舱体抗爆性能进行动态模拟计算分析及结构优化，以提高舱体的安全可靠性。煤矿瓦斯爆炸对矿用救生舱舱体的动态冲击过程是一个复杂的流固耦合过程，本论文采用解耦法来解决此类问题。首先利用有限元数值仿真的方法模拟瓦斯爆炸在巷道中产生的爆炸冲击波，确定爆炸冲击载荷，将此载荷作为矿用救生舱舱体结构动态数值模拟的载荷条件，然后通过数值模拟计算，设计出一款抗爆性能较好的矿用救生舱舱体。主要完成的内容如下： (1)在对矿用救生舱的国内外研究现状及瓦斯爆炸冲击波分布规律分析的基础上，采用TNT等效代替法和数值模拟法有效结合方法，并利用AUTODYN软件进行瓦斯爆炸冲击波数值模拟，通过采集不同位置点的压力值，绘制出瓦斯爆炸冲击波曲线，为矿用救生舱舱体抗爆性能分析提供了加载曲线； (2)由于法兰对救生舱舱体抗爆性能有较大影响，设计了内、外法兰两款救生舱舱体结构模型，确定矿用救生舱舱体动态数值模拟有限元方案，通过数值模拟计算，得出外法兰救生舱舱体的最大应力为373.88MPa，最大位移为17.054mm，内法兰救生舱舱体的最大等效应力为407.39MPa，最大位移为17.147mm，通过对上述数据对比分析，，得出外法兰救生舱舱体结构具有较好的抗爆性能，但此结构的最大应力超过材料的屈服强度，故对其进行再次优化； (3)加强筋形状和安装位置的不同对救生舱舱体的抗爆性能有直接的影响，利用安装加强筋的方式对结构进行优化不但可以提高舱体抗爆性能还能节约成本。本文以外法兰救生舱舱体结构为对象，设计出三角形内加强筋救生舱舱体、三角形外加强筋救生舱舱体、方形内加强筋救生舱舱体和方形外加强筋救生舱舱体四款救生舱舱体模型，对以上四款救生舱舱体抗爆性能进行模拟计算分析，得出方形外加强筋救生舱舱体的最大等效应力225.37MPa，在材料的屈服强度范围内，因此，方形外加强筋救生舱舱体是抗爆性能比较好的舱体结构模型。
【关键词】：救生舱舱体 TNT等效代替 抗爆性能 法兰 加强筋
【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9-14
• 1.1 选题背景及研究意义9-10
• 1.2 国内外矿用救生舱的现状分析10-11
• 1.2.1 国外的现状分析10-11
• 1.2.2 国内的现状分析11
• 1.3 研究内容与技术路线11-14
• 1.3.1 研究内容11-12
• 1.3.2 技术路线12-14
• 2 矿用救生舱舱体承受的瓦斯爆炸冲击波数值模拟14-22
• 2.1 舱体承受瓦斯爆炸冲击波规律分析14
• 2.2 瓦斯爆炸冲击波数值模拟方案分析14-15
• 2.3 瓦斯爆炸冲击波数值模拟15-21
• 2.3.1 TNT 爆炸冲击波规律分析15-16
• 2.3.2 爆炸源及巷道简介16
• 2.3.3 有限元模型及边界条件16-18
• 2.3.4 冲击波模拟计算及载荷曲线获取18-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 内、外法兰两款救生舱舱体抗爆性能对比分析22-38
• 3.1 矿用救生舱概述22
• 3.2 救生舱舱体结构设计22-24
• 3.3 内、外法兰救生舱舱体抗爆性能数值模拟分析24-35
• 3.3.1 舱体数值模拟有限元分析方案24-27
• 3.3.2 救生舱舱体的损伤类型及判别准则27-28
• 3.3.3 外法兰救生舱舱体数值模拟计算分析28-31
• 3.3.4 内法兰救生舱舱体数值模拟计算分析31-35
• 3.4 内、外法兰舱体结构抗爆性能对比分析35-36
• 3.5 本章小结36-38
• 4 基于加强筋的矿用救生舱舱体结构优化分析38-57
• 4.1 矿用救生舱舱体抗爆性能的影响因素分析38
• 4.2 三角形加强筋的舱体抗爆性能分析38-46
• 4.2.1 三角形内加强筋的舱体抗爆性能分析39-42
• 4.2.2 三角形外加强筋的舱体抗爆性能分析42-46
• 4.3 方形加强筋的舱体抗爆性能分析46-53
• 4.3.1 方形内加强筋的舱体抗爆性能分析46-49
• 4.3.2 方形外加强筋的舱体抗爆性能分析49-53
• 4.4 不同形状、位置加强筋的救生舱舱体抗爆性能对比分析53-55
• 4.5 本章小结55-57
• 5 结论和展望57-59
• 5.1 结论57
• 5.2 展望57-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-63
• 附录63

【参考文献】

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1 张红杰;杜尚增;蒋成君;;KJYF-96/10型矿用救生舱舱体加工工艺研究[J];煤矿机械;2012年09期

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本文编号：393932