礦用可移動(dòng)式救生艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及抗爆隔熱性能研究.pdf

1、瓦斯爆炸是引發(fā)煤礦重特大事故的主要因素，其瞬間破壞力巨大、易發(fā)生二次爆炸，導(dǎo)致人員傷亡嚴(yán)重。使用緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)可以增加井下遇險(xiǎn)人員的生存機(jī)會(huì)，提高礦難救援工作的效率。礦用可移動(dòng)式救生艙具有移動(dòng)性強(qiáng)、啟動(dòng)時(shí)間短、安裝簡單的特點(diǎn)，成為井下避險(xiǎn)的重要裝備。
　　本文首先對(duì)礦用可移動(dòng)式救生艙進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研究了其在爆炸沖擊載荷作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并分析了爆炸沖擊及高溫沖擊與救生艙的耦合作用，為救生艙的結(jié)構(gòu)改進(jìn)和安全使用提供科學(xué)依據(jù)。
　

2、　（1）根據(jù)《煤礦可移動(dòng)式救生艙通用技術(shù)條件》的設(shè)計(jì)要求，對(duì)救生艙艙體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了理論分析，并結(jié)合井下生產(chǎn)的具體特點(diǎn)，確定艙體結(jié)構(gòu)形式和尺寸設(shè)計(jì)，同時(shí)利用三維建模軟件 UG NX8.0，概念化設(shè)計(jì)了救生艙幾何模型。
　?。?）利用 ANSYS Workbench中的 Explicit dynamics模塊和AUTODYN顯式動(dòng)力學(xué)分析軟件，建立了流-固耦合仿真平臺(tái)；運(yùn)用TNT當(dāng)量法，以TNT代替瓦斯，對(duì)設(shè)有救生艙的巷道中瓦斯爆炸

3、沖擊波傳播過程進(jìn)行了數(shù)值模擬；并分析了救生艙在超壓載荷作用下的整體動(dòng)力學(xué)響應(yīng)過程。在巷道爆炸仿真中對(duì)78.24 kg、68.377 kg和61.36 kg三種TNT炸藥量下的超壓曲線進(jìn)行了對(duì)比分析，并最終選用68.377 kgTNT藥量下救生艙各表面的爆炸沖擊波超壓曲線作為載荷施加條件。
　?。?）將上述流固耦合模擬得到的真實(shí)爆炸沖擊載荷曲線分別加載到救生艙艙體不同的面，分析了救生艙結(jié)構(gòu)在爆炸載荷作用下產(chǎn)生的應(yīng)力及變形，根據(jù)屈服準(zhǔn)

4、則給出了等效應(yīng)力、等效塑性應(yīng)變的時(shí)程曲線、變形分布云圖，確定了最大應(yīng)力與最大變形的位置，依據(jù)判定準(zhǔn)則評(píng)判了艙體結(jié)構(gòu)是否受到破壞，校驗(yàn)了本文所設(shè)計(jì)的救生艙在爆炸載荷作用下的安全性和可靠性。結(jié)果表明，救生艙整體變形量最大為11.145 mm，符合安全準(zhǔn)則中對(duì)救生艙板殼最大變形撓度和變形量不超過2％或20 mm的的數(shù)值范圍；救生艙前門系統(tǒng)、后門系統(tǒng)、法蘭、外蒙皮最大應(yīng)力均小于所選材料的屈服強(qiáng)度，骨架雖然可能存在導(dǎo)致局部屈服的應(yīng)力集中問題，但并

5、不會(huì)影響救生艙的整體安全性能。
　?。?）根據(jù)《煤礦可移動(dòng)式硬體救生艙通用技術(shù)條件》的規(guī)范要求，對(duì)所設(shè)計(jì)的礦用可移動(dòng)式救生艙分別在持續(xù)高溫和瞬時(shí)高溫兩種環(huán)境下的熱防護(hù)性能進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，利用ANSYS Workbench中的Transient Thermal模塊與Static Structural模塊耦合，得到該艙體結(jié)構(gòu)的溫度場分布云圖、溫度變化曲線、熱應(yīng)力以及熱變形數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，艙體在持續(xù)高溫?zé)彷d下，內(nèi)部的最大等效熱應(yīng)力為