礦用可移動式救生艙結(jié)構(gòu)設計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，導致人員傷亡嚴重。使用緊急避險系統(tǒng)可以增加井下遇險人員的生存機會，提高礦難救援工作的效率。礦用可移動式救生艙具有移動性強、啟動時間短、安裝簡單的特點，成為井下避險的重要裝備。
　　本文首先對礦用可移動式救生艙進行結(jié)構(gòu)設計，研究了其在爆炸沖擊載荷作用下的動態(tài)響應，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)改進和安全使用提供科學依據(jù)。
　

2、　（1）根據(jù)《煤礦可移動式救生艙通用技術條件》的設計要求，對救生艙艙體結(jié)構(gòu)設計進行了理論分析，并結(jié)合井下生產(chǎn)的具體特點，確定艙體結(jié)構(gòu)形式和尺寸設計，同時利用三維建模軟件 UG NX8.0，概念化設計了救生艙幾何模型。
　?。?）利用 ANSYS Workbench中的 Explicit dynamics模塊和AUTODYN顯式動力學分析軟件，建立了流-固耦合仿真平臺；運用TNT當量法，以TNT代替瓦斯，對設有救生艙的巷道中瓦斯爆炸

3、沖擊波傳播過程進行了數(shù)值模擬；并分析了救生艙在超壓載荷作用下的整體動力學響應過程。在巷道爆炸仿真中對78.24 kg、68.377 kg和61.36 kg三種TNT炸藥量下的超壓曲線進行了對比分析，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)生的應力及變形，根據(jù)屈服準

4、則給出了等效應力、等效塑性應變的時程曲線、變形分布云圖，確定了最大應力與最大變形的位置，依據(jù)判定準則評判了艙體結(jié)構(gòu)是否受到破壞，校驗了本文所設計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，符合安全準則中對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、外蒙皮最大應力均小于所選材料的屈服強度，骨架雖然可能存在導致局部屈服的應力集中問題，但并

5、不會影響救生艙的整體安全性能。
　?。?）根據(jù)《煤礦可移動式硬體救生艙通用技術條件》的規(guī)范要求，對所設計的礦用可移動式救生艙分別在持續(xù)高溫和瞬時高溫兩種環(huán)境下的熱防護性能進行了數(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、熱應力以及熱變形數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，艙體在持續(xù)高溫熱載下，內(nèi)部的最大等效熱應力為