煤矿救生舱,altair

Altair 2012 HyperWorks 技术大会论文集煤矿救生舱的爆炸模拟分析王磊 范世平 龚建宇 煤炭科学研究总院，北京，100013摘 要：煤矿救生舱是矿难发生时保障矿工生命安全的重要设备，其一个重要的性能指标是结构强度。 为了检验救生舱强度，本文在 HyperMesh 中建立了救生舱的有限元模型，使用显 式积分方法得到了各种参数。 测量救生舱的应力与变形量等参数， 以检查救生舱的 总体应力大小是否在允许范围之内。

关键词： HyperMesh 矿用救生舱 网格划分 冲击波 模拟1. 概述我国作为能源消费大国， 煤炭在我国能源生产的大格局中占有的比重， 达到近 70%。 我国的煤炭产量虽然只占世界煤炭产量的 1/3，但煤矿矿难死亡人数占世界煤矿事故死亡人 数的 4/5。 世界每发生 20 起导致死亡人数最多的煤矿灾难中，有 8 起发生在中国，频繁的 矿难不仅造成了许多家庭的破裂， 同时也严重影响了中国的国际形象。 在人本理念成为世界 发展潮流的大环境下， 积极开展矿山安全保障技术的研究与开发， 不仅是我国建设和谐社会 的必然要求，更是时刻遭受矿井灾害威胁的煤矿工人的迫切愿望1。 在煤矿中， 瓦斯爆炸、 煤尘爆炸产生的强大的爆炸冲击波会使救生舱和避难硐室板壳结 构发生一定程度的塑性变形，甚至发生倾倒和扭曲，破坏严重时将失去保护作用。

要保证矿 用救生舱应有的保护功能， 必须保证其结构在爆炸冲击波作用下结构不会发生破坏。 2. 有限元模型的建立按照舱体实际结构尺寸进行建模。 本救生舱模型已用三维制图软件组合完成， 并导出为 Step 格式，导入 HyperMesh 中，进行前期处理。

门 侧 外 板 厚 12mm ， 门 侧 内 骨 架 采 用 60mmX40mmX4mm 矩 形 管 ， 内 加 强 筋 采 用 60mmX40mmX4mm 矩形管。

2.1. 网格划分应该首先确定单位制，采用 HyperMesh 建立有限元模型时，采用的 mm--t--s 单位制， 即长度单位为 mm，时间单位为 s，质量单位为 t，压力的单位为 MPa。 该救生舱基本舱体蒙皮厚度为 6mm，相对于该救生舱尺寸而言厚度很薄，因此基本舱 体蒙皮钢板采用薄壳单元划分网格较合理，而较厚一些的法兰，则采取实体单元。 针对 Shell 单元，在本次模拟中采取抽取中面的方法，将蒙皮及加强筋抽取中面，然后 连接，以达到模拟目的。 在划分网格过程中受力、属性相同的单元归为一个 Component， 赋予相同的属性和材料。 根据论文文献及不同参数组合的实验，初步选定网格尺寸为 30，设置完成后网格 划分由 HyperMesh 的 2D--automesh 程序自动完成,划分完成后应注意调整种子数，出现尽 可能好的四边形网格，以达到更加精确的目的。

?外层蒙皮和外部加强筋（槽钢）的连接加强筋厚度也远远小于救生舱尺寸， 故也采 取 Shell 单元划分网格。 使用 HyperMesh 中的 2D-automesh 划分四边形网格。 下面蒙皮划分网 格时候，应采用上面加强筋切割下面蒙皮的方 法， 选择网格大小同为 30， 这样切碎下面面板以 后可以保证划分的网格基本一一对应。 图一：网格示例?内、 外层蒙皮和内部加强筋 （矩形钢管） 的连接内外层蒙皮与内部加强筋之间连接比较复 杂， 采取网格连 接的方式连 接三个构件 ，在 HyperMesh 中采取的是 2d—ruled 命令， 连接这 三个构件。

在画面网格的时候， 应注意由蒙皮的中面相应切分法兰面， 这样画出网格才能相互对应。 综上所述：考虑安全系数条件下，在直接三角形冲击波作用下，可以满足强度和刚度要 求，舱体能够保持完整，结构安全。