礦用救生艙艙體結(jié)構(gòu)優(yōu)化及應(yīng)用安全性分析.pdf

1、論文題目：礦用救生艙艙體結(jié)構(gòu)優(yōu)化及應(yīng)用安全性分析專業(yè)：機(jī)械電子工程碩士生：徐俊(簽名)指導(dǎo)教師：龔曉燕(簽名)摘要礦用救生艙是煤礦井下緊急避險設(shè)施的重要裝備，艙體的安全性能和安裝位置是保證救生艙在事故發(fā)生后發(fā)揮作用的關(guān)鍵。目前礦用救生艙艙體結(jié)構(gòu)存在應(yīng)急逃生口設(shè)置單一、發(fā)生透水事故時無法正常開啟艙門等安全隱患問題，本課題組設(shè)計的一種防透水功能救生艙艙體能有效解決此類問題，但該艙體生存艙空間小、艙體蒙皮厚度大。本論文針對以上問題，設(shè)計了一款

2、生存艙側(cè)面及其頂部同時設(shè)有應(yīng)急逃生口的新型救生艙艙體，并利用有限元手段對艙體結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行數(shù)值模擬計算，根據(jù)艙體結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律，對艙體結(jié)構(gòu)進(jìn)行不同方案結(jié)構(gòu)優(yōu)化及抗爆性能對比分析，得出了一款低成本、高抗爆性能救生艙艙體。在此基礎(chǔ)上，對結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的救生艙艙體合理安裝位置進(jìn)行了數(shù)值模擬仿真分析，以確保救生艙在實際使用中的安全性和井下工作人員逃生可能性，為救生艙艙體設(shè)計及井下安裝提供一定的理論參考。具體研究內(nèi)容如下：(1)根據(jù)礦用救生艙的

3、功能特點和設(shè)計要求，針對目前礦用救生艙艙體結(jié)構(gòu)存在應(yīng)急逃生口設(shè)置比較單一、發(fā)生透水事故時無法正常開啟艙門等安全隱患問題，設(shè)計了一款生存艙側(cè)面及其頂部分別設(shè)有應(yīng)急逃生口的新型救生艙艙體。利用ANSYSLSDYNA軟件對新型救生艙艙體進(jìn)行數(shù)值模擬計算，得到救生艙艙體應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律和危險位置處的最大應(yīng)力值，并對艙體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了安全性分析。(2)從抗爆性能和成本綜合考慮角度出發(fā)對救生艙艙體結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體和局部優(yōu)化，并對不同優(yōu)化方案的抗爆性能和成本優(yōu)劣

4、進(jìn)行對比分析，得到性價比最高的救生艙艙體結(jié)構(gòu)。其中，整體優(yōu)化方案在所有艙體均勻布置加強(qiáng)筋，局部優(yōu)化方案只在變形嚴(yán)重的部位安裝密度較大的加強(qiáng)筋。利用ANSYSLSDYNA軟件分別對救生艙艙體結(jié)構(gòu)整體、局部優(yōu)化方案進(jìn)行數(shù)值模擬計算，對比分析兩種方案艙體的抗爆性能和成本優(yōu)劣，得出了抗爆性能較好和成本較低的整體優(yōu)化的救生艙艙體結(jié)構(gòu)。(3)以結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的救生艙艙體為研究對象，分析救生艙在實際使用中的合理安裝位置。在安監(jiān)總局規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi)，通過分析

5、發(fā)生事故后井下工作人員的心理生理反映，推算出救生艙與采掘工作面端頭最遠(yuǎn)安裝距離；結(jié)合TNT等效代替法和數(shù)值模擬法，利用AUTODYN和ANSYSLSDYNA軟件模擬分析救生艙艙體與采掘工作面端頭不同距離時救生艙艙體的抗爆性能，確定救生艙與采掘工作面端頭的最小臨界安裝距離，為Subject:StructureOptimizationSecurityAnalysisoftheApplicationfMineRefugeChamberCabi

6、nSpecialty:MechanicalElectronicEngineeringName:XuJun(Signature)Supervis:GongXiaoyan(Signature)ABSTRACTAsanimptantemergencyhedgingequipmentincoalminetherefugechambercabin’sperfmanceitsmountinglocationarethekeyissuestoensu

7、rethesafetyofthewkersafteranaccident.Currentlythenmalminerefugechambercabin’semergencyexitisquiteunitaryitisunabletoopenthedowhenfloodingaccidentoccurred.Ourresearchgrouphasdesignedawaterproofrescuecabinwhichcaneffective

8、lysolvesuchproblemsbutthesurvivalspaceissmallthecabinskinisthick.Aimingattheaboveproblemsthispaperdesignedanewtypeofrefugechamberwithemergencyescapehatchesinthesidefacethetopofthelifesupptingcompartmentthesafetyperfmance

9、ofthecabinstructurewereanalyzedviathenumericalsimulation.Accdingtoitsstressstraindistributionregularitiesdifferentoptimizationsolutionswereadoptedtheantiknockperfmanceoftherefugechamberwereanalyzedusingthenalowcosthighan

10、tiknockperfmancerefugechambercabinwereobtained.Basedontheaboveresearchwkthepossibleinstallationpositionsoftherefugechambercabinwereanalyzedusingnumericalsimulationwhichcanensurethesafetyoftherefugechamberduringitsapplica

11、tionprocessimprovethechancesftheundergroundwkerstoescape.thispaperaimstoprovideacertaintheeticalreferenceftheundergroundrefugechambercabin’sdesigninstallation.Thespecificresearchcontentsareasfollows:(1)Accdingtothefuncti

12、onalacteristicsdesignrequirementsofminerefugechamberthepresentminerefugechamberstructurehasproblemslikeemergencyexitisunitarydomaynotopenwhenfloodingaccidentoccurredothersafetyproblemsanewtypeofrefugechamberwhichhasemerg

13、encyescapehatchesinthesidethetopofthelifesupptingcompartmentwasdesigned.ANSYSLSDYNAsoftwarewasusedfnumericalsimulationofthenewtypeofrefugechambercabin.Thenthestressstraindistributionregularitiesofthecabinthemaximumstress