瓦斯爆炸冲击波作用下防爆门应力分布及动态响应特性研究

针对煤矿风井防爆门在爆炸冲击波作用下容易变形问题,设计了双开式防爆门,利用FLUENT软件对瓦斯爆炸流场进行数值模拟,分析防爆门在瓦斯爆炸冲击波作用下的安全可靠性,获得了不同时刻防爆门上的压力分布及其动态响应规律。数值模拟结果表明,CH₄体积分数9.5%条件下,爆炸冲击波压力为26 kPa时防爆门开始打开,防爆门开度为12°时,压力达到峰值782 kPa。将不同时刻压力载荷导入ANSYS受力分析软件,对防爆门进行动态非线性压力作用下的应力及变形计算,得到了防爆门应力分布,在此基础上进行结构优化,材料强度校核结果显示优化效果较好。     

侧向载荷下圆柱壳体断裂的ALE法数值模拟

为了了解侧向爆炸冲击载荷下圆柱壳体断裂过程,采用任意拉格郎日-欧拉方法、爆轰产物采用JWL状态方程对侧向爆炸冲击载荷作用下圆柱壳体断裂过程进行了数值模拟和分析．模拟结果表明,圆柱壳体爆炸断裂所需炸药量与壳体壁厚为递增线性关系,且这个线性关系的斜率随壁厚不同而改变．在其他条件相同的情况下,壳壁越厚,增加炸药量爆炸时壳体单元最大应力增加越慢．     

含温湿效应的复合材料风机叶片的破坏

针对复合材料风机叶片在温湿环境下的早期失效问题,采用有限元数值模拟方法研究了考虑了风载荷和温湿载荷共同作用下叶片的逐步破坏行为和破坏机理。将风机叶片简化为悬臂梁模型,进行了三维建模,对蒙皮、腹板和主梁均采用板壳单元进行离散,分别讨论了在不同温度及湿度条件下,环境因素对复合材料风机叶片材料性能的影响,并分析了叶片刚度、强度的变化及破坏情况。同时引入基于应变分布的三维Hashin失效准则,利用有限元分析软件ABAQUS对风机叶片进行刚度和破坏分析,讨论了风载下复合材料风机叶片的逐步破坏行为以及温湿载荷对风机叶片强度和刚度的影响。分析结果表明,高温湿润的环境对复合材料风机叶片材料性能影响很大,导致叶片的强度和刚度均有不同程度的降低。     

分流叶片弦长与周向分布对无蜗壳离心通风机内部流动影响

在无蜗壳离心通风机叶轮流道内,加装分流叶片并修改了分流叶片弦长及分流叶片在流道内的周向位置。采用定常的三维N-S方程和RNG k-ε湍流模型,对不带分流叶片的离心通风机与加装了不同弦长及周向位置分流叶片的离心通风机性能进行了数值模拟,结果发现:当分流叶片的周向位置处于流道正中部位置且分流叶片弦长为主叶片弦长的50%时,在各工况下均能削弱叶片吸力面上的分离涡并抑制流道内的二次流,使得风机静压提升10 Pa,静压效率提升7%。数值模拟结果表明,将分流叶片结构置于流道中央有效提升了无蜗壳离心通风机的静压及静压效率,改善了内部流动情况。     

瓦斯煤尘爆炸巷道反射压力研究

为揭示瓦斯和瓦斯煤尘爆炸反射压力沿矿井巷道传播变化的规律,用管道爆炸实验系统模拟测试极弱爆炸和极强爆炸巷道超压与反射压力的定量变化关系.结果表明,瓦斯和瓦斯煤尘与空气混合爆炸,在弱爆炸条件下爆炸的反射压力均是峰值超压的1.8~2.0倍,強爆炸下瓦斯或瓦斯煤尘爆炸的反射压力大约是峰值超压的8~21倍.实验结果与理论计算基本吻合,表明巷道反射压力强度取决于冲击波在巷道空间内的反射过程,巷道内爆炸超压强度随爆炸传播距离的增加而降低,遇固壁则反射压力强度加大,加重了井下设备的破坏和人员伤害程度.     

瓦斯压力对煤体冲击指标影响的实验研究

基于突出和冲击地压的主要区别——瓦斯参与程度的不同,从实验的角度出发,利用瓦斯气体密封系统,研究了单轴压缩条件下(有效围压为0)瓦斯对煤体冲击指标的影响规律,提出了鉴别非典型动力灾害的实验方法.结果表明:瓦斯的存在,降低了煤体的冲击倾向性,实验所取煤样在瓦斯压力为0时具备弱冲击倾向,而在2MPa时已无冲击倾向性;但随着瓦斯压力的增加,发生煤与瓦斯突出的几率则不断增加.     

风载荷对导线爆破除冰响应特性的影响

为了研究风载荷对导线爆破除冰的响应特性,进行了输电线路爆破除冰试验,并建立了试验线路的有限元模型,通过有限元软件模拟获得了作用于覆冰导线的风载荷和爆炸冲击载荷,用ABAQUS对试验工况进行了模拟验证.进一步对重冰区覆冰导线在不同风速条件下爆破除冰动力响应进行了仿真分析,得到了输电线路在风载荷和爆炸冲击载荷共同作用下导线...     

矿井沼气爆炸安全距离的探讨

本文论述了井下发生沼气爆炸时空气冲击波的发生发展过程,以及空气冲击波沿井巷传播的衰减规律。并通过瓦斯爆炸试验和回归分析,得出了井下一定量的沼气在无煤尘参与的条件下发生爆炸时的安全距离。这一安全距离可供修订《煤矿救护规程》和处理事故时参考。     

新型立井防爆门冲击力学响应与泄压复位行为

针对传统防爆门在应急启用过程中无法复位及多次使用的问题,本文开展防爆门冲击力学响应特性与泄压、复位性能的建模研究.基于羊场湾2号井智能通风示范建设中新型防爆门的关键技术及其优化设计,采用非线性有限元方法研究了爆炸波工况下防爆门泄压、复位全过程的冲击动力学现象,分析了防爆盖体力学响应分布的瞬态变化规律,模拟了冲击载荷下防...     

不同爆炸载荷作用下加筋板的动态响应分析

主要仿真分析了3种爆炸冲击载荷作用下加筋板动态响应的异同。利用有限元分析软件LS-DYNA,模拟了加筋板在矩形、三角形、指数形等3种冲击载荷作用下的动态响应。通过比较加筋板压力、等效应力、位移等参数,分析得出:在3种冲击载荷强度和冲量都相等的情况下,目标板前期阶段的动态响应基本相同;对整体破坏效果而言,矩形冲击载荷的破坏效应最大,三角形载荷次之,而最能体现爆炸冲击载荷特征的指数形载荷的破坏效果则最小。     

钢筋混凝土板在爆炸荷载作用下的破坏模式分析

目的更精确的界定和证明钢筋混凝土板在不同峰值压力、不同作用时间的爆炸荷载作用下发生的破坏模式变化的规律．方法采用有限元软件Abaqus对钢筋混凝土板的破坏模式进行分析，并考虑了钢筋混凝土的应变率效应．结果Abaqus的数值模拟结果显示，钢筋混凝土板在4种不同峰值压力、不同作用时间的爆炸荷载作用下会发生弯曲和剪切两种不同的破坏模式．结论钢筋混凝土板在相同强度的脉冲压力作用下会发生不同的破坏模式，随着峰值压力的增加与作用时间的减小，破坏模式逐渐由弯曲破坏转变为剪切破坏．爆炸峰值压力较小，作用时间较长时钢筋混凝土板主要发生板边缘和板中部的弯曲破坏：而在爆炸峰值压力较大，作用时间较短时主要发生支撑处的剪切破坏．     

海上风机半潜式基础概念设计与水动力性能分析

针对5 MW海上风机动力响应较大的问题,提出了半潜型浮式基础的概念设计,研究了半潜式浮式基础在不同风浪环境下的运动响应和生存能力。考虑叶片空气动力载荷及风浪载荷,以及浮式基础与系泊系统的耦合,建立风机结构系统及水动力模型,采用动量－叶素理论计算叶片空气动力载荷,在频域范围内计算了载荷传递函数。计算分析浮式基础风机系统不同风浪情况下的时域动力响应,评估了半潜型浮式基础在极限海况下的生存能力。结果显示,半潜型浮式基础运动性能良好,且在极端海况下,各系泊缆安全系数均大于1．67,破损状况下安全系数均大于1．33,该浮式基础及其系泊系统具有足够的抵抗极端海况的能力。     

水中弹体在爆炸冲击波作用下的有限元分析

以水中弹体为研究对象,用有限元软件对其在爆炸荷载作用下的瞬态响应进行数值模拟,得出在相同冲击载荷作用下,水中弹体的变形较空气中小,动力(运动)性能较空气中稳定;在爆炸载荷作用下,弹体迎爆面和背爆面受到一样的冲击载荷作用,对背爆面造成的破坏不容忽视等结论.     

煤矿瓦斯爆炸波传播及致灾机理的数值模拟研究

应用自主编写的大涡模拟程序,结合高精度数值格式,对横截面积7.2m2、长400m的煤矿巷道内瓦斯爆炸进行了模拟研究.结果表明,随着远离点火端,爆炸超压先升高后逐渐衰减;爆炸波冲量随着距离变化先迅速降低,当压力波形成冲击波时,冲量出现瞬时升高,然后又逐渐衰减;瓦斯爆炸过程中,原来的瓦斯积聚区被爆炸波拉长,导致火焰区域远大于瓦斯积聚区,约为7.1倍;爆炸波超压和冲量超过了阈值以及火焰区域扩大是造成人员伤亡的主要原因,伤亡区域长度大于原瓦斯积聚区长度的22倍.数值模拟结果与实验结果相符,为煤矿瓦斯爆炸的治理提供了理论基础.     

煤样瓦斯渗透率的实验研究

煤和瓦斯突出是威胁煤矿井下安全生产的一个严重问题,而突出的发生将取决于瓦斯压力、煤层渗透率以及煤体强度等参数。因此,煤层渗透率对于煤和瓦斯突出以及煤层瓦斯抽放都具有重要意义.本文研究含瓦斯煤体在围压力不变的前提下,孔隙压力和渗透率以及孔隙压力和煤样变形间的关系;同时还研究了在孔隙压力一定的条件下,渗透率和围压力以及煤样变形间的关系;得出了在围压力不变的前提下,孔隙压力和渗透率以及煤样变形值间的关系基本上服从指数方程:K=u_1e~((?)v_1~p),S=u_2e~(v_2~p);在孔隙压力不变条件下,加载时,煤体的渗透率与载荷间的关系可用负指数方程表示:K=ae~((?)bσ);卸载时,可用幂函数方程表示:K=K_oσ~(-c)。     

激波诱导瓦斯气体爆燃的三维数值模拟

基于激波诱导瓦斯爆炸的19步化学反应模型，建立了三维非定常守恒方程，采用迎风的TVD格式对方程进行数值离散，数值模拟了氢氧燃烧驱动点燃甲烷和空气混合气体的爆炸过程，根据爆炸产物以及流场中压力和温度变化的结果，说明了激波诱导瓦斯爆炸的物理机制，同时验证了程序在模拟化学反应起主导作用的瓦斯预混爆炸现象中的可靠性和精确性，为研究煤矿瓦斯爆炸过程的特性，制定有效的防爆、抑爆技术措施提供了技术和理论支持。     

TY7.7-25离心通风机的设计及性能研究

利用计算流体力学(CFD)技术数值模拟了TY7.7—25离心通风机内部的压力场和速度场,分析了离心风机内流场的压力、速度等参数的分布,并按国家标准GBl236-85对风机的性能进行了测定,结果表明TY7.7—25型风机具有压力高、风量大的特点.     

荷电细水雾对管道瓦斯爆炸超压的影响规律研究

为了研究荷电细水雾对瓦斯爆炸超压的影响规律和机理,采用小尺寸管道模拟瓦斯爆炸,研究不同荷电电压作用下的瓦斯爆炸超压和平均压升速率,以及不同雾通量作用下的瓦斯爆炸超压.结果表明:随着荷电电压的升高,瓦斯爆炸超压和平均压升速率受到明显的抑制;随着雾通量的增加,瓦斯爆炸超压明显降低.在实验条件下,和普通细水雾相比,当雾通量为4L、荷电电压为8kV时,瓦斯爆炸超压峰值降低10.798kPa,降幅达49.78%;平均压升速率峰值降低180.468kPa/s,降幅达49.90%.     

爆炸冲击波在钢管混凝土柱表面压力分布试验研究及数值模拟

为了解决爆炸荷载下钢管混凝土柱表面冲击波压力实际分布和数值模拟存在偏差的问题,通过开展钢管混凝土柱爆炸试验,研究冲击波在钢管混凝土柱表面的压力分布,并结合试验建立爆炸荷载下钢管混凝土柱有限元模型,分析不同空气和炸药网格尺寸对冲击波传播及数值分析结果的影响.结果表明:在折合距离为1.1 m/kg1/3试验条件的爆炸荷载作用下,柱顶与柱底的约束条件良好,柱产生的变形属于弹性变形;考察冲击波对构件的损伤程度,应综合考量峰值压力与正压冲量两者的作用效应;不同空气和炸药网格尺寸对爆炸冲击波的压力峰值及压力时程曲线均有较大影响;数值模拟值与试验实测值的误差随着网格尺寸的减小而降低.综合考察数值分析结果与实测值吻合程度,最终确定:空气和炸药网格尺寸为20 mm,符合折合距离不小于1.1 m/kg1/3试验条件下的爆炸数值模拟要求.     

矿用救生舱瓦斯爆炸动力响应数值模拟

为确保煤矿井下可移动式救生舱的合理设计和安全使用,基于瓦斯爆炸原理,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,采用ALE流固耦合算法,对体积分数为9.5％,体积为200 m³的瓦斯/空气混合气体在井下巷道内爆炸产生的爆炸流场进行数值模拟,分析了两类典型救生舱舱体在入射冲击波峰值超压0.6 MPa,历经400 ms时间作用下的压力场分布、塑性应变及各重点部位位移时程等动力响应．计算结果表明,改变舱体截面尺寸对舱体的抗爆性能影响显著,采用瓦楞型侧壁的舱体结构能有效增大舱壁的抗弯刚度,而改变舱体长度对于舱体的抗爆性能影响不大．