礦用救生艙結(jié)構(gòu)抗爆與抗熱沖擊性能研究.pdf

1、煤礦瓦斯爆炸是瞬間破壞力巨大、且易發(fā)生二次爆炸的嚴(yán)重事故，造成人員傷亡嚴(yán)重。為此，在繼續(xù)深入研究事故預(yù)防措施的同時(shí)，礦山重大災(zāi)害應(yīng)急救援技術(shù)成為關(guān)注的焦點(diǎn)，其中緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)及其安裝技術(shù)就是重點(diǎn)研究的內(nèi)容，而礦用移動(dòng)式救生艙以其移動(dòng)性強(qiáng)、啟動(dòng)時(shí)間短、安裝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)作為緊急避險(xiǎn)系統(tǒng)研究對(duì)象之一。
　　救生艙作為礦工躲避災(zāi)害、獲得逃生的一種重要裝備，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，密封可靠性，抗熱沖擊性能直接影響著礦工的生命安全。而瓦斯爆炸產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊波

2、會(huì)使救生艙的結(jié)構(gòu)發(fā)生一定程度的塑性變形，甚至發(fā)生傾倒和扭曲，破壞嚴(yán)重時(shí)將失去保護(hù)作用，同時(shí)伴隨爆炸的熱沖擊會(huì)使艙體內(nèi)部溫度瞬間升高。要保證救生艙應(yīng)有的保護(hù)功能，則必須使其在爆炸沖擊作用下結(jié)構(gòu)不發(fā)生破壞，密封部位不發(fā)生泄漏，以及艙體具有抵抗瞬間高溫沖擊的能力。為了研究艙體的安全可靠性，必須以真實(shí)巷道中爆炸沖擊波的產(chǎn)生、傳播、以及對(duì)所遇障礙物的破壞機(jī)理為基礎(chǔ)，分析沖擊波在艙體周圍的壓力幅值與規(guī)律，分析艙體與空氣沖擊波的耦合作用。
　　

3、本文利用非線性顯式動(dòng)力學(xué)分析軟件LS-DYNA，建立爆源、空氣巷道及簡(jiǎn)化救生艙的三維有限元模型。爆源和空氣采用ALE單元，艙體結(jié)構(gòu)采用LAGRANGE單元，保證爆源產(chǎn)生的沖擊壓力滿足100 m外救生艙所需峰值載荷要求，考慮了救生艙作為障礙物對(duì)沖擊波傳播的影響，通過一點(diǎn)多物質(zhì)ALE流固耦合算法，模擬得到爆炸沖擊波在巷道中的傳播過程、瓦斯爆源的TNT當(dāng)量，以及艙體周圍的壓力-時(shí)間曲線。
　　以某型分節(jié)組裝式硬體救生艙為分析對(duì)象，將上述

4、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，以Mises屈服準(zhǔn)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，并找到最大應(yīng)力與最大變形出現(xiàn)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)本型號(hào)救生艙在爆炸載荷作用下的安全性和可靠性。結(jié)果表明，艙體迎爆門系統(tǒng)及其上的觀察窗防爆玻璃、合頁(yè)、門框均符合安全標(biāo)準(zhǔn);骨架法蘭處有應(yīng)力集中導(dǎo)致塑性變形;外層鋼板在整個(gè)沖擊過程

5、中產(chǎn)生強(qiáng)烈彈性振動(dòng)，其等效應(yīng)力小于材料屈服強(qiáng)度，但最大彈性變形超過安全準(zhǔn)則范圍，屬于剛度不足;后門系統(tǒng)雖未破壞失效，但其變形過大導(dǎo)致逃生門密封失效，也屬于剛度偏弱。
　　最后以一節(jié)艙體為研究對(duì)象應(yīng)用ABAQUS熱分析模塊研究其抵抗瞬時(shí)高溫沖擊性能，將900℃高溫?zé)崃骷虞d到艙體外表面，加載時(shí)間為120 s，獲得了艙體外表面、隔熱層、以及內(nèi)表面各區(qū)域溫升曲線，給出了艙體結(jié)構(gòu)上的溫度分布云圖，并對(duì)艙體的高溫沖擊熱應(yīng)力進(jìn)行了分析，最后以安