新型矿用救生舱舱体结构设计及参数优化地研究

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1、西安科技大学学位论文独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学或其它教育机机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：日期：学位论文知识产权声明书本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有

2、关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。保密论文待解密后适用本声明。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日万方数据论文题目：新型矿用救生舱舱体结构设计及参数优化研究专业：机械设计及理论硕士生：李娜娜（签名）指导教师：龚晓燕（签名）摘要目前矿用救生舱舱体只在生存舱装有应急逃生口作为矿工逃生出口，存在当发生瓦斯爆炸事

3、故时冲击载荷过大舱体前门严重变形及发生透水事故时员工无法顺利进入生存舱的安全隐患问题。本论文针对以上问题，设计出四款应急逃生口在过渡舱和生存舱侧面及顶部不同位置的新型救生舱舱体结构，以降低救生舱在使用过程中的安全隐患问题。利用LS-DYNA软件对设计的舱体进行不同冲击载荷、材料和几何参数下的数值模拟计算，对比分析救生舱舱体抗爆性能和成本，获得舱体优化参数推荐值，从而降低救生舱舱体的研发成本。本论文主要的研究内容如下：(1)对目前国内外矿用救生舱舱体研究现状及煤矿实际使用环境进行分析，煤矿发生瓦斯爆炸事故时，瓦斯爆炸冲击波沿巷道传播过

4、程中，压力迅速上升而后由于摩擦和粘性作用，压力波处于衰减状态，但并不是单调衰减，从而确定救生舱舱体承受的冲击载荷可近似认为承载瞬时脉冲载荷，根据规范要求中提出的抗流场最大峰值超压不小于2×0.3MPa（2为安全系数），将救生舱舱体承受的载荷确定为不小于0.6MPa的冲击载荷，建立压力-时间曲线；(2)对救生舱数值模拟软件的实现及有限元分析方法进行研究，建立两种符合我国煤矿井下实际情况的数值模拟试验解决方案：煤矿发生瓦斯爆炸事故时，瓦斯爆炸冲击波对舱体各面进行冲击，为了得到舱体在最大冲击载荷下各侧面能够承受的抗爆冲击能力，利用有限元软

5、件LS-DYNA对舱体前面、后面、左面和右面分别加载；瓦斯爆炸气体沿放置救生舱的巷道传播，冲击波对舱体各个面同时产生冲击力，为了准确计算救生舱舱体能够承受的抗爆冲击能力，对舱体各侧面同时加载；(3)针对上述救生舱舱体存在的安全隐患问题，本论文设计了四款救生舱，分别为应急逃生口在过渡舱右侧面和第三节生存舱左侧面的A型救生舱，应急逃生口在过渡舱右侧面和第二节生存舱左侧面的B型救生舱，应急逃生口在过渡舱右侧面和第一节生存舱左侧面的C型救生舱，应急逃生口在过渡舱右侧面、第一节生存舱左侧面和第二节生万方数据存舱顶部的D型救生舱；(4)利用有限

6、元软件ANSYS/LS-DYNA对设计的救生舱舱体进行动态数值模拟分析计算，得到其应力、位移分布规律，并对舱体抗爆安全性能进行分析，通过综合对比分析设计的几款舱体抗爆强度和矿工逃生路线等因素，确定较好的舱体结构模型；(5)对较好的舱体结构模型进行不同冲击载荷、不同几何参数下的数值模拟计算及抗爆性能分析，在保证抗爆冲击性能安全规范要求情况下，获取不同瓦斯爆炸冲击载荷下的救生舱舱体优化参数与应力、位移变化关系的模拟数据，为满足我国煤矿井下不同环境需求的救生舱舱体研发提供一定理论参考依据。关键词：救生舱舱体；抗爆性能分析；数值模拟；参数优

7、化研究类型：应用研究万方数据Subject:StructureDesignandParameterOptimizationResearchforNewMineRefugeChamberCabinSpecialty:MechanicalDesignandTheoryName:LiNana(Signature)Supervisor:GongXiaoyan(Signature)ABSTRACTCurrentlyemergencyescapehatchwasonlydesignedinlifesupportingcompartmentase

8、xport，whichresultedinthehiddendangerthatminerscouldnotgetinthelifesupportingcompartmentbyimpactloadtoolargeleadtoseri