矿用可移动救生舱优化设计.pdf

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1、矿用可移动救生舱优化设计黄建花2015年1月中图分类号：TD792UDC分类号：6223矿用可移动救生舱优化设计作者姓名黄建花学院名称机械与车辆学院指导教师焦永和教授答辩委员会主席王晓力教授申请学位级别工学硕士学科专业机械工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月21日OptimizationDesignofCoalMineMobileRefugeChamberCandidateName:JianhuaHuangSchoolorDepartment:SchoolofMechanicalEngineeringFacultyMentor:Prof.YongheJiaoC

2、hair,ThesisCommittee:Prof.XiaoliWangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我

3、一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要矿用可移动救生舱是在矿难发生时，为无法及时撤离的人员提供紧急避难空间的一种应急设备，救生舱必须具有足够的强度以抵抗瓦斯爆炸产生的高强度冲击波的作用。通常设计救生舱时，设计人员都是根据经验来布置加强筋，一般都是在原有救生舱结构下，通过增加构件的厚度来达到所要求的强度，这种方法即不合理又不经济。本文运用Ls-Dyna及Optistruct对救生舱进行了强度分析及结构优化，以寻求最优的结构布局，主要完成了以下几个方面的工作：（1）在Autodyn中建

4、立瓦斯爆炸数值模型，模拟瓦斯爆炸时冲击波在巷道中的传播过程，获取救生舱各个部位相应的压力曲线，然后运用Matlab对超压曲线进行频谱分析，获取爆炸冲击波的频率成分和各频率分量大小。（2）本文以KJYF-96/10矿用可移动救生舱为基准模型，运用Pro/e建立救生舱三维实体模型，并在HyperMesh中建立矿用可移动救生舱有限元模型。（3）在Hypermesh中建立了三种不同约束方式的救生舱有限元模型，运用Optistruct对这三种不同约束条件下的救生舱模型进行模态分析，用以寻求最合理的约束方式；然后运用Ls-Dyna计算救生舱的强度，获得救生舱在爆炸冲击波作用下不同时刻的位移

5、云图和应力云图，依据矿用可移动救生舱通用技术要求，验证救生舱结构的安全性。（4）在有限元分析的基础上，引入拓扑优化的方法对救生舱舱体进行拓扑优化，得出结构的最佳传力路径，为救生舱的改进设计和结构轻量化提出了参考依据。首先运用Optistruct对单节救生舱和救生舱前后端面进行拓扑优化，获得单节救生舱和救生舱前后端面拓扑密度云图；然后根据拓扑优化结果，对单节救生舱舱段和救生舱前后端面的加强筋进行重新布局；最后将新设计各结构组装在一起，对新组装救生舱进行强度计算，验证新设计的救生舱结构强度。优化后的救生舱强度满足要求，质量减少了2.99吨，节约生产成本和运输成本，提高了经济效益。关

6、键词：矿用救生舱频谱分析固有频率拓扑优化安全性北京理工大学硕士学位论文AbstractCoalminemobilerefugechamberisakindofemergencyequipmentwhichcouldprovideashelterspacewhentheminingaccidenthappened.Therefugechambermusthavesufficientstrengthtowithstandhigh-intensityshockwavecausedbygasexplosion.Theribsareusuallyarrangedbasedonexperi

7、encewhentherefugechamberbeingdesigned.Itisgenerallyincreasingthethicknessofcomponentsintheoriginalstructuretoachievetherequiredstrength,andthismethodisunreasonableanduneconomical.Inthispaper,OptistructandLs-Dynaareusedtocarryoutthestrengthanalysisa