矿用救生舱防爆门抗爆布局平安性数值阐发罗星娜，黄平，钱新明（北京理工年夜学爆炸科学与手艺国度重点，除平板外的板型均需采取薄壳液压成型工艺，将平板型的防爆门冲压成具有必然的弧度。成型后为包管材料品质，常常需要对救生舱防爆门进行进一步的热处置，增添了防爆弟子产工艺的复杂性和出产本钱。且该型防爆门的机械加工精度较难节制，未便在装配和密封。

四棱拱型布局。四棱拱型救生舱舱门可以有用地将中部的*年夜爆炸冲击应力分离到门板中部两侧，从而提高救生舱防爆门的布局平安性。一样存在着圆拱型防爆门的加工复杂和出产本钱高档问题，见（c）。）圆弧型布局。圆弧型的救生舱防爆门常见在拱形顶救生舱和卧式圆筒形救生舱防爆门，与圆拱型门板和四棱拱型门板的受力状态比力类似，见2.3防爆门材料选择矿用可移动式救生舱防爆门选用的材料应具有以下几种性质：足够的屈就强度、韧性杰出、焊接机能杰出、出产进程简单、易在机加工等等。为到达这些材料要求，一般选用工程布局钢。工程布局钢分为通俗碳素布局钢，低合金高强度布局钢和锻造碳钢。此中通俗碳素布局钢含S（硫）、P（磷）杂质较多，强度较低而且一般不进行热处置，可是价钱低廉，经常使用在力学机能要求不高的部件。低合金布局钢则可以很好地知足以上各项要求，此中Q460低合金布局钢机能优异，是在通俗碳素布局钢的根本上插手少许的合金元素（般含量小在3%）制成的，其良多机能优在通俗碳素布局钢，特别是力学机能，与同规格的通俗碳素布局钢比拟，在强度不异的环境下，可节流钢材20%30%，而且这类钢材出产进程简单，价钱低廉，般在热轧或正火状况下便可利用。可用在制造年夜型或高载荷的焊接构架，如高压容器、起重机和矿山机械、电站装备、水轮机涡壳、中高压石化容器等。Q460钢的材料参数见表1.锻造碳钢则用在制造有些外形复杂、不容易铸造而且用铸铁不克不及知足力学机能要求的零件，如采掘机箱体、联轴器等，铸钢碳含量般小在0.65%，可是其机械加工机能比低合金高强度布局钢差，且刚度和韧性不克不及很好地知足矿用可移动式救生舱的工程要求，故在本研究当选择低合金高强度布局钢为救生舱防爆门的材料。

表1 Q460钢的材料特征参数2.4数值摹拟防爆门布局按照前文阐发，本研究成立的矿用可移动式救生舱防爆门的根基布局见。

防爆门门板的根基布局选用平板型。平板型门板加工便利，且在工程中利用*普遍。在门板边沿设计了圆角，如许的设计可削减布局直角处的应力集中。为了加强救生舱防爆门布局的抗爆机能，限制门板动力响应进程中的*年夜位移，在门板内部安插增强筋：按照出产现实中的经验，救生舱防爆门内侧采取纵向4条、横向七条的井字形增强筋安插。增强筋板的尺寸为20mmX50mm.矿用可移动式救生舱防爆门门板、门框、内侧增强筋采取的材料均为Q460钢。

矿用可移动式救生舱防爆门的尺寸为2沿防爆门门板内侧边缘固定一圈3mm厚的密封条，密封条采取防火阻燃抗静电胶条。

3救生舱防爆门爆炸载荷感化下数值摹拟阐发3.1有限元阐发模子计较爆炸载荷感化下救生舱防爆门的应力和弹塑性变形时，采取显式非线性动力阐发法式ANSYS/LS-DYNA进行。进行有限元阐发时需要成立一个正确靠得住的力学模子，因为本模子的非凡性，在包管模子正确的前提下需要做定的简化。假定布局件的焊接是完全靠得住的，布局件之间已焊透，焊策应力全数消弭，焊脚高度对布局无影响，防爆门布局不存在任何制造或安装变形。

防爆门模子和有限元划分见。门框、门板和增强筋布局均利用实体单位划分网格，20mm厚门的门板组件在厚度标的目的上尺寸*小处划分两排10mm的单位，25mm厚门的门板处划分3层小在10mm的网格单位，10mm厚防爆门门板*小尺寸处减小单位尺寸，包管*少两排单位，增强筋*小尺寸处也划分两排单位。其它部位根据尺寸分歧，划分网格，*年夜单位尺寸为10mm.单位质量参数知足抱负规模，网格塌陷（TTetraCollapse）参数年夜在0.5，体扭曲度（VolumeSkew）小在0.6，知足单兀质量要求。门框部门*终划分单位数目26 496个，门板和增强筋共划分单位63728个。

3.2加载前提和材料模子bookmark8采取加载压力波的方式摹拟爆炸载荷对救生舱的感化的方式有两种：摹拟现实布局在流场中的受力环境，获得载荷-时候曲线；或采取简化的三角形冲击波作为加载曲线。冲击波或爆炸波是典型的非周期载荷，其极短的感化延续时候使得问题可以用非凡的简化阐发方式来处置，可以经由过程等效冲量的方式把爆炸载荷转化为三角波后求解布局的动力响应环境。现实爆炸情况的波形复杂，且受巷道内障碍物和救生舱整体尺寸的影响较年夜。为了使对分歧防爆门布局的研究具有可比性，本研究采取加载三角形冲击波的体例研究防爆门布局在瓦斯爆炸载荷感化时的平安性。

将爆炸冲击波简化为超压0.6MPa、延续时候300ms的三角形冲击波，均勾加载在防爆门外概况上，冲击波压力-时候曲线见，为实现波形组织如表2所示的数组。为舱门载荷散布示意图。为了研究防爆门相对门框的变形环境，对门框外概况进行固定束缚。

防爆门门板、门框、内侧增强筋材料均采取Q460钢。计较选用拉格朗曰算法。防爆门在冲击波感化下会发生弹塑性变形，首要存眷塑性变形；是以，在进行防爆门在冲击波感化下有限元阐发时，选用LS-DYNA中的弹塑性非线性本构模子。

表2三角形爆炸冲击波数组Table2Arrayoftriangle 3.3成果和阐发3.3.1分歧厚度防爆门应力防爆门*年夜应力呈现在计较初始时刻不久，数据存储步长取为5ms时，在计较时程内**个步长时刻呈现在防爆门增强筋上，随后振荡减小。10mm厚防爆门呈现*年夜应力的单位较多，且*年夜应力跨越材料屈就应力，部门增强筋单位呈现塑性变形，应力呈现*年夜值后不克不及跟着爆炸载荷的卸载而减小，不知足强度要求。20mm厚防爆门*年夜应力为436.9MPa，且仅呈现在增强筋的部门位置，门板上应力散布平均，小在材料屈就应力，知足强度要求。25mm厚防爆门*年夜应力为390.8MPa，呈现在增强筋少少单位上，小在材料屈就应力，知足强度要求。

分歧厚度防爆门爆炸冲击波感化下的*年夜应力响应云图见（2.5ms时），*年夜应力点应力随时候转变的曲线见。

3.3.2分歧尺寸防爆门位移防爆门*年夜位移呈现在计较初始时刻不久以后，数据存储步长取为2. 5ms时，在计较时程内**个步长时刻呈现在防爆门中部位置，随后振荡减小。按照我国救生舱手艺前提判定的现实工作中遵照的煤矿可移动式硬体救生舱通用手艺前提（收罗定见稿）的*新要求，防爆门属在梁柱布局，*年夜变形挠度和变形量不该跨越15mm.舱门属在主要部位，材料应力不成跨越屈就极限，不克不及产生塑性变形。

10mm厚防爆门*年夜弹性变形量到达28.2mm，位移值较年夜，不知足刚度要求，且难以包管工作进程中的密封要求。20mm厚防爆门*年夜位移为5.25mm，25mm厚防爆门*年夜位移为3. 62mm，均小在15mm，知足刚度要求。

5ms时，分歧厚度防爆门爆炸冲击波感化下的*年夜位移响应云图见，*年夜位移点位移随时候转变的曲线见0. 3.3.3增强筋对防爆门布局平安性的影响增强筋对防爆门布局平安性的影响可以经由过程对20mm厚防爆门增添增强筋前、后摹拟成果的对照获得。把1中20mm厚防爆门应力和位移响应云图别离与（b）和（b）的对照，可以看出，增强筋对减小门板的*年夜位移值具有显著感化。1中的*年夜位移是24. 47mm，而（b）中减小3.3.4数值摹拟结论和阐发由数值摹拟成果可知，有增强筋布局的10mm厚防爆门承受冲击载荷时的*年夜应力值跨越材料的屈就极限，而且呈现塑性应变，是以不知足布局平安性的要求。有增强筋布局的20和25mm厚防爆门的强度、刚度均知足布局平安性的要求。增强筋对增添防爆门的布局平安性具有显著感化。综合斟酌布局平安性和材料用量，选用有增强筋的2Omm厚的防爆门可以*好地知足要求。应力和位移云图显示，防爆门的应力*年夜值呈现在门板与增强筋联接的位置，位移*年夜值呈现在防爆门的中心位置，增强筋可以显著减小布局的*年夜位移值。假如需要前进增添防爆门布局的平安性，可以经由过程增强门板和增强筋材料、增添增强筋数目、改良增强筋布局和散布等体例来增添防爆门的抗冲击强度，避免呈现塑性变形，增添其抗弯刚度。

4结论对照阐发了救生舱防爆门的4种分歧布局，认为救生舱防爆门的设计在综合斟酌材料、重量、加工体例等身分的同时，也应斟酌布局强度、刚度和密封性的要求。

设计了种防爆门的根基模子。数值摹拟阐发注解，有增强筋布局的2Omm厚防爆门具有杰出的布局平安性。

防爆门应力*年夜值呈现在门板与增强筋联接的位置，位移*年夜值呈现在防爆门的中心位置，当门板足够厚时，增强筋可显著削减防爆门的*年夜位移值，从而提高布局的平安性。可以经由过程增强门板和增强筋材料、增添增强筋数目或改良增强筋布局和散布等体例，前进增添防爆门的抗冲击强度，避免呈现塑性变形，提高其抗弯刚度。

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