【摘 要】
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我国作为煤产大国,由于地理条件的约束,井下生产时不幸引发的煤矿事故始终居于世界之首。近几年,事故预防和灾后避险救援已成为十分紧要的研究课题,其中紧急避险系统更是各专
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我国作为煤产大国,由于地理条件的约束,井下生产时不幸引发的煤矿事故始终居于世界之首。近几年,事故预防和灾后避险救援已成为十分紧要的研究课题,其中紧急避险系统更是各专家学者关注的焦点。可移动式救生舱是工作人员被困在巷道中用以避难的相对密闭空间,其安全性能会直接影响被困人员的生命,因此救生舱整体结构设计及抗爆性能的研究具有相当重要的价值。本文首先围绕可移动式救生舱结构/功能一体化需求,提出了舱体结构设计的基本步骤,结合井下的具体特点,初步确定了舱体结构形式,利用三维建模软件UG NX8.0,概念化设计了救生舱几何模型;其次,ANSYS WORKBENCH中的Explicit dynamics模块和Autodyn显式动力学分析软件联合,建立了流-固耦合仿真平台,结合TNT当量法,对设有救生舱的巷道中瓦斯爆炸冲击波传播过程进行了数值模拟;最后,以该救生舱为分析对象,在Ansys Workbench的显式动力学模块中模拟了救生舱在超压载荷作用下的整体动力学响应过程。本文初步设计救生舱时,计算了动载系数,将动载荷转变为了静载荷,以此作为许用外压力,对内外蒙皮厚度和螺栓进行了计算,并对加强筋、前后门系统进行了设计,其中加强筋采用了45°斜置式;在巷道爆炸仿真中采用了97.8 kg、91.28 kg和78.24 kg三种TNT炸药量,对不同药量下的超压曲线进行了分析对比,并最终选用78.24 kg TNT药量下救生舱各表面的爆炸冲击波超压曲线作为载荷施加条件;对救生舱整体抗爆性能有限元分析后,获得了各部位的应力、变形分布规律,依据判断准则检查了整舱的安全性。结果表明,救生舱整体变形量最大为18.78mm,符合安全准则范围;救生舱前门系统、后门系统、法兰、外蒙皮绝大部分的最大应力均小于所选材料的屈服强度,骨架部分有应力集中问题,可能会导致屈服失效。本文以爆炸冲击波对巷道中障碍物的破坏机理为理论基础,研究了救生舱与其耦合作用,并分析了所设计的救生舱在冲击作用下的整体安全性能,此结果可对进一步的救生舱改进和关键部件校核提供参考和依据。
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