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(xiǎn)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(shí)無法正常開啟艙門等安全隱患問題，本課題組設(shè)計(jì)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(jì)了一款

2、生存艙側(cè)面及其頂部同時(shí)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(jì)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(shí)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(jì)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(diǎn)和設(shè)計(jì)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(shí)無法正常開啟艙門等安全隱患問題，設(shè)計(jì)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(jì)算，得到救生艙艙體應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律和危險(xiǎn)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(jià)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(jì)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(shí)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(shí)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