一種礦用可移動(dòng)式救生艙抗爆炸性能檢測(cè)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及礦井應(yīng)急救援技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種礦用可移動(dòng)式救生艙抗爆炸性 能檢測(cè)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤炭是一種傳統(tǒng)而應(yīng)用廣泛的重要能源，我國是世界上煤炭消費(fèi)最大的國家，并 且我國也是一個(gè)產(chǎn)煤大國，隨著煤礦礦井開采深度W及范圍的不斷加大，煤礦的突出危險(xiǎn) 性也越來越嚴(yán)重，煤礦安全生產(chǎn)形勢(shì)日益嚴(yán)峻，一旦發(fā)生礦難事故，保障礦工的生命安全成 為重中之重。
[0003] 礦用可移動(dòng)式救生艙是當(dāng)?shù)V難發(fā)生時(shí)為礦工在災(zāi)變環(huán)境下提供穩(wěn)定可靠、保障齊 全的維生空間，把災(zāi)害的損失降到最低的有效措施。該項(xiàng)技術(shù)的推出，對(duì)中國形成一套具有 國際先進(jìn)水平的、W救生艙為主體的礦井應(yīng)急救援系統(tǒng)，改善我國煤礦安全在管理方面的 技術(shù)儲(chǔ)備不足，全面提升我國煤礦應(yīng)急救援方面的技術(shù)水平具有重要意義，同時(shí)也開辟了 礦山安全生產(chǎn)"新紀(jì)元"。
[0004] 救生艙的主要目的就是能夠抵御諸如瓦斯粉塵爆炸沖擊作用、塌方等極端條件， 確保艙內(nèi)人員處于安全狀態(tài)。其中，瓦斯粉塵爆炸產(chǎn)生的沖擊波對(duì)救生艙結(jié)構(gòu)的破壞作用 最為嚴(yán)重，一旦結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞或者嚴(yán)重變形，救生艙內(nèi)部人員不僅有直接遭受二次爆炸沖 擊波的危險(xiǎn)，而且會(huì)使大量有毒氣體進(jìn)入艙內(nèi)，導(dǎo)致救生艙的防護(hù)功能喪失。因此，保證救 生艙具備一定的抗爆性能是其能夠正常使用的首要條件。因此，我國安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《煤 礦可移動(dòng)式硬體救生艙通用技術(shù)條件》規(guī)定，救生艙應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，艙體抗爆炸沖擊能 力不低于〇.3MPa，即在作用時(shí)間不小于300ms條件下，艙體能夠抵抗爆炸沖擊形成的艙體表 面作用載荷最大峰值不小于0.3MPa。
[0005] 檢測(cè)救生艙成品是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗爆炸沖擊能力的直接手段是通過試驗(yàn)方 法來評(píng)估。眾所周知，爆炸試驗(yàn)條件要求較高，受場(chǎng)地設(shè)備限制較高，操作復(fù)雜，成本較大， 并不適合廣泛應(yīng)用。
[0006] 隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展W及先進(jìn)有限元模擬技術(shù)的開發(fā)，另外一種較為 有效的檢測(cè)救生艙抗爆炸沖擊性能的方法，即通過有限元軟件，例如ANSYS/LS-DYNA、 AUT0DYN等建立救生艙Ξ維有限元模型，也就是通過數(shù)值模擬方法來分析救生艙在爆炸荷 載作用下的動(dòng)力響應(yīng)。該方法對(duì)比試驗(yàn)檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)是成本低，可重復(fù)性強(qiáng)，但如何準(zhǔn)確 模擬救生艙結(jié)構(gòu)的材料性能，井下巷道環(huán)境，瓦斯爆炸流場(chǎng)W及爆炸沖擊波對(duì)救生艙的作 用，是確保該方法能夠準(zhǔn)確運(yùn)用的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
[0007] 現(xiàn)有有限元模擬方法，對(duì)救生艙抗瓦斯爆炸性能進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)，對(duì)爆炸荷載的 選取，多采用等效Ξ角波形加載，即將爆炸荷載簡(jiǎn)化成Ξ角形沖擊波荷載，研究荷載持時(shí)和 荷載峰值對(duì)救生艙結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)及破壞的影響，該方法的缺點(diǎn)是對(duì)爆炸荷載的處理過于 理想化，未能考慮到瓦斯爆炸沖擊波與救生艙結(jié)構(gòu)之間復(fù)雜的流固禪合作用。實(shí)際上，氣體 受爆炸沖擊波傳播引發(fā)膨脹、反射疊加及繞射等效應(yīng)對(duì)艙體的作用不可忽視，現(xiàn)有等效Ξ 角形簡(jiǎn)化計(jì)算方法未能考慮上述運(yùn)些因素的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明為解決現(xiàn)有的礦用可移動(dòng)式救生艙抗爆炸性能檢測(cè)中未能考慮到瓦斯爆 炸沖擊波與救生艙結(jié)構(gòu)之間復(fù)雜的流固禪合作用的問題，而提出一種礦用可移動(dòng)式救生艙 抗爆炸性能檢測(cè)的方法。
[0009] -種礦用可移動(dòng)式救生艙抗爆炸性能檢測(cè)的方法，按W下步驟進(jìn)行：
[0010] -、利用ANSYS/LS-DYNA有限元軟件建立礦用可移動(dòng)式救生艙殼體Ξ維有限元模 型；
[0011] 二、利用ANSYS/LS-DYNA有限元軟件進(jìn)行真實(shí)井下巷道環(huán)境及瓦斯爆炸流場(chǎng)環(huán)境 下的數(shù)值模擬；
[0012] Ξ、確定邊界條件；
[0013] 四、確定礦用可移動(dòng)式救生艙各構(gòu)成部件的材質(zhì)；
[0014] 五、瓦斯爆炸流場(chǎng)環(huán)境的數(shù)值模擬；
[0015] 六、采用流固禪合的方法，分析瓦斯爆炸沖擊波荷載作用下礦用可移動(dòng)式救生艙 的動(dòng)力響應(yīng)；
[0016] 六(1)、分析瓦斯爆炸沖擊波荷載作用下礦用可移動(dòng)式救生艙整體的動(dòng)力響應(yīng)；
[0017] 六(2)、分析瓦斯爆炸沖擊波荷載作用下礦用可移動(dòng)式救生艙各構(gòu)成部件的動(dòng)力 響應(yīng)。
[001引本發(fā)明包括W下有益效果：
[0019] 1、本發(fā)明方法克服傳統(tǒng)方法對(duì)爆炸荷載的處理過于理想化的缺點(diǎn)，考慮到瓦斯爆 炸沖擊波與救生艙結(jié)構(gòu)之間復(fù)雜的流固禪合作用，模擬結(jié)果符合真實(shí)狀況，模擬得到的數(shù) 據(jù)更真實(shí)可靠；
[0020] 2、本發(fā)明方法首次將有限元方法結(jié)合流固禪合作用，應(yīng)用于礦用可移動(dòng)式救生艙 抗爆炸性能檢測(cè)方面，獲得了令人滿意的效果；
[0021] 3、本發(fā)明方法分析瓦斯爆炸沖擊波荷載作用下礦用可移動(dòng)式救生艙的動(dòng)力響應(yīng) 時(shí)，既考慮救生艙整體的動(dòng)力響應(yīng)，又考慮救生艙關(guān)鍵部件的動(dòng)力響應(yīng)，分析數(shù)據(jù)全面詳 實(shí)，沒有遺漏。
【附圖說明】
[0022] 圖1為井下巷道有限元軟件模擬示意圖；
[0023] 圖2為前端板附近空氣單元測(cè)點(diǎn)位置示意圖；
[0024] 圖3為艙壁附近空氣單元測(cè)點(diǎn)位置示意圖；
[0025] 圖4為前端板附近空氣單元p-t曲線圖；
[00%]圖5為艙壁附近空氣單元p-t曲線圖；
[0027] 圖6為前端板上應(yīng)力最大單元26539的σ-t曲線圖；
[0028] 圖7為前端板上位移最大單元106075的δ-t曲線圖；
[0029] 圖8為0.15s時(shí)艙體位移場(chǎng)云圖；
[0030] 圖9為主艙口上應(yīng)力最大單元74368的σ-t曲線圖；
[0031] 圖10為后艙口上應(yīng)力最大單元76484的σ-t曲線圖；
[0032] 圖11為后艙口上位移最大單元109216的δ-t曲線圖；
[0033] 圖12為法蘭上應(yīng)力最大單元26539的σ-t曲線圖；
[0034] 圖13為法蘭上位移最大單元52416的δ-t曲線圖；
[0035] 圖14為殼體上應(yīng)力最大單元45330的σ-t曲線圖
[0036] 圖15為殼體上位移最大單元17974的δ-t曲線圖
[0037] 圖16為加強(qiáng)筋及內(nèi)隔斷板上應(yīng)力最大單元8584的o-t曲線圖
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0038] 一、本實(shí)施方式所述的一種礦用可移動(dòng)式救生艙抗爆炸性能檢測(cè)的 方法按W下步驟進(jìn)行：
[0039] -、利用ANSYS/LS-DYNA有限元軟件建立礦用可移動(dòng)式救生艙殼體Ξ維有限元模 型；
[0040] 二、利用ANSYS/LS-DYNA有限元軟件進(jìn)行真實(shí)井下巷道環(huán)境及瓦斯爆炸流場(chǎng)環(huán)境 下的數(shù)值模擬；
[0041] Ξ、確定邊界條件；
[0042] 四、確定礦用可移動(dòng)式救生艙各構(gòu)成部件的材質(zhì)；
[0043] 五、瓦斯爆炸流場(chǎng)環(huán)境的數(shù)值模擬；
[0044] 六、采用流固禪合的方法，分析瓦斯爆炸沖擊波荷載作用下礦用可移動(dòng)式救生艙 的動(dòng)力響應(yīng)；
[0045] 六(1)、分析瓦斯爆炸沖擊波荷載作用下礦用可移動(dòng)式救生艙整體的動(dòng)力響應(yīng)；
[0046] 六(2)、分析瓦斯爆炸沖擊波荷載作用下礦用可移動(dòng)式救生艙各構(gòu)成部件的動(dòng)力 響應(yīng)。
[0047] 本實(shí)施方式包括W下有益效果：
[0048] 1、本實(shí)施方式克服傳統(tǒng)方法對(duì)爆炸荷載的處理過于理想化的缺點(diǎn)，考慮到瓦斯爆 炸沖擊波與救生艙結(jié)構(gòu)之間復(fù)雜的流固禪合作用，模擬結(jié)果符合真實(shí)狀況，模擬得到的數(shù) 據(jù)更真實(shí)可靠；
[0049] 2、本實(shí)施方式首次將有限元方法結(jié)合流固禪合作用，應(yīng)用于礦用可移動(dòng)式救生艙 抗爆炸性能檢測(cè)方面，獲得了令人滿意的效果；
[0050] 3、本實(shí)施方式分析瓦斯爆炸沖擊波荷載作用下礦用可移動(dòng)式救生艙的動(dòng)力響應(yīng) 時(shí)，既考慮救生艙整體的動(dòng)力響應(yīng)，又考慮救生艙關(guān)鍵部件的動(dòng)力響應(yīng)，分析數(shù)據(jù)全面詳 實(shí)，沒有遺漏。
【具體實(shí)施方式】 [0051] 二、本實(shí)施方式是對(duì)一所述的一種礦用可移動(dòng)式救生 艙抗爆炸性能檢測(cè)的方法的進(jìn)一步說明，步驟一利用ANSYS/LS-DYNA有限元軟件建立礦用 可移動(dòng)式救生艙殼體Ξ維有限元模型的具體過程為：
[0052] 依據(jù)KJYF-96/12型礦用可移動(dòng)式救生艙艙體實(shí)際尺寸進(jìn)行建模，基本艙體蒙皮、 法蘭及端板采用薄殼單元細(xì)化L163劃分網(wǎng)格，殼單元單元尺寸40mm;主艙口及逃生口采用 實(shí)體單元S0LID164劃分網(wǎng)格，實(shí)體單