矿用救生舱舱体结构优化及应用安全性分析

发布时间：2017-08-03 06:07

  本文关键词：矿用救生舱舱体结构优化及应用安全性分析

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【摘要】：矿用救生舱是煤矿井下紧急避险设施的重要装备,舱体的安全性能和安装位置是保证救生舱在事故发生后发挥作用的关键。目前矿用救生舱舱体结构存在应急逃生口设置单一、发生透水事故时无法正常开启舱门等安全隐患问题,本课题组设计的一种防透水功能救生舱舱体能有效解决此类问题,但该舱体生存舱空间小、舱体蒙皮厚度大。本论文针对以上问题,设计了一款生存舱侧面及其顶部同时设有应急逃生口的新型救生舱舱体,并利用有限元手段对舱体结构安全性进行数值模拟计算,根据舱体结构应力应变分布规律,对舱体结构进行不同方案结构优化及抗爆性能对比分析,得出了一款低成本、高抗爆性能救生舱舱体。在此基础上,对结构优化后的救生舱舱体合理安装位置进行了数值模拟仿真分析,以确保救生舱在实际使用中的安全性和井下工作人员逃生可能性,为救生舱舱体设计及井下安装提供一定的理论参考。具体研究内容如下:(1)根据矿用救生舱的功能特点和设计要求,针对目前矿用救生舱舱体结构存在应急逃生口设置比较单一、发生透水事故时无法正常开启舱门等安全隐患问题,设计了一款生存舱侧面及其顶部分别设有应急逃生口的新型救生舱舱体。利用ANSYS/LS-DYNA软件对新型救生舱舱体进行数值模拟计算,得到救生舱舱体应力应变规律和危险位置处的最大应力值,并对舱体结构进行了安全性分析。(2)从抗爆性能和成本综合考虑角度出发对救生舱舱体结构进行整体和局部优化,并对不同优化方案的抗爆性能和成本优劣进行对比分析,得到性价比最高的救生舱舱体结构。其中,整体优化方案在所有舱体均匀布置加强筋,局部优化方案只在变形严重的部位安装密度较大的加强筋。利用ANSYS/LS-DYNA软件分别对救生舱舱体结构整体、局部优化方案进行数值模拟计算,对比分析两种方案舱体的抗爆性能和成本优劣,得出了抗爆性能较好和成本较低的整体优化的救生舱舱体结构。(3)以结构优化后的救生舱舱体为研究对象,分析救生舱在实际使用中的合理安装位置。在安监总局规范规定范围内,通过分析发生事故后井下工作人员的心理生理反映,推算出救生舱与采掘工作面端头最远安装距离;结合TNT等效代替法和数值模拟法,利用AUTODYN和ANSYS/LS-DYNA软件模拟分析救生舱舱体与采掘工作面端头不同距离时救生舱舱体的抗爆性能,确定救生舱与采掘工作面端头的最小临界安装距离,为救生舱实际安全使用提供理论依据。
【关键词】：救生舱舱体 结构优化 安全性能 抗爆性能 安装位置
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD774
【目录】：

• 摘要2-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 课题研究背景及意义8-9
• 1.2 课题国内外研究现状9-10
• 1.2.1 国外研究现状9
• 1.2.2 国内研究现状9-10
• 1.3 课题研究内容及方法10-13
• 1.3.1 研究内容10-11
• 1.3.2 研究方法11-13
• 2 新型救生舱舱体结构设计及安全性分析13-23
• 2.1 救生舱舱体结构设计13-17
• 2.1.1 矿用救生舱概述13-14
• 2.1.2 舱体设计要求14-15
• 2.1.3 舱体结构设计方案15-16
• 2.1.4 零部件尺寸及材料参数16-17
• 2.2 救生舱舱体安全性分析17-22
• 2.2.1 舱体安全判别方法17
• 2.2.2 舱体加载载荷曲线确定17-18
• 2.2.3 舱体有限元模型建立18-19
• 2.2.4 舱体安全性能分析19-22
• 2.3 本章小结22-23
• 3 救生舱舱体结构优化及抗爆性能对比分析23-41
• 3.1 救生舱舱体结构优化23-24
• 3.1.1 舱体整体优化方案23
• 3.1.2 舱体局部优化方案23-24
• 3.2 舱体整体优化方案抗爆性能对比分析24-30
• 3.2.1 舱体结构模型建立24-25
• 3.2.2 舱体抗爆性能对比分析25-30
• 3.3 舱体局部优化方案抗爆性能对比分析30-36
• 3.3.1 舱体结构模型建立30-31
• 3.3.2 舱体抗爆性能对比分析31-36
• 3.4 舱体整体、局部优化方案抗爆性能对比分析36-40
• 3.4.1 舱体重点部位抗爆性能对比分析36-39
• 3.4.2 舱体整体结构抗爆性能对比分析39-40
• 3.5 本章小结40-41
• 4 救生舱在实际应用中的合理安装位置分析41-53
• 4.1 煤矿井下救生舱安装位置规范要求41-42
• 4.2 巷道瓦斯爆炸数值模拟分析42-44
• 4.2.1 爆炸源与巷道模型建立42-43
• 4.2.2 瓦斯爆炸冲击波数值模拟43-44
• 4.3 救生舱与采掘工作面端头合理安装距离分析44-52
• 4.3.1 最远安装距离理论分析44-45
• 4.3.2 最小安装距离数值模拟分析45-52
• 4.4 本章小结52-53
• 5 结论与展望53-55
• 5.1 结论53-54
• 5.2 展望54-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-59
• 附录59

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本文编号：612927