煤礦井下作業(yè)經(jīng)常發(fā)生瓦斯、煤塵爆炸，產(chǎn)生大量一氧化碳等有毒氣體，直接造成安全事故[1]。礦用防爆耐壓密閉門(mén)（簡(jiǎn)稱防爆門(mén)）是規(guī)避事故的重要安全裝備，其抗爆性能已成為煤礦井下生產(chǎn)裝備的研究熱點(diǎn)之一，對(duì)提升我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)保障水平等具有重要意義[2]。
在抗爆性能研究方面，Katherine A[3]提出了一種分析救生艙的抗爆性能的數(shù)值計(jì)算方法，通過(guò)將爆炸的動(dòng)載荷轉(zhuǎn)化為靜載荷的方式，均勻加載到救生艙的艙體上，并進(jìn)行艙體結(jié)構(gòu)的抗爆性能研究。Houf W G等[4]深入研究了瓦斯爆炸后艙體的變形情況，揭示了在瓦斯沖擊波作用下艙體的變形規(guī)律。劉建英等[5]將泡沫鋁夾芯板材料作為艙門(mén)，通過(guò)加強(qiáng)筋的固定作用強(qiáng)化艙體，通過(guò)數(shù)值計(jì)算了移動(dòng)式救生艙的強(qiáng)度要求與安全系數(shù)。宋勝偉等[6]采用ANSYS仿真軟件模擬艙體內(nèi)的自動(dòng)隔離門(mén)不同外界環(huán)境下的應(yīng)力應(yīng)變情況。吳廣明等[7]通過(guò)LS-DYNA有限元軟件仿真研究了艙室內(nèi)在爆載荷作用下鋪設(shè)凱夫拉防護(hù)材料發(fā)生的動(dòng)態(tài)響應(yīng)規(guī)律，建立了動(dòng)態(tài)響應(yīng)的有限元模型及艦艇艙室結(jié)構(gòu)模型。王文娟等[8]在有限元方法的基礎(chǔ)上通過(guò)結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的方式系統(tǒng)研究了煤礦的避難硐室中的密閉門(mén)在爆炸載荷作用下的受力及變形情況。
本文針對(duì)防爆門(mén)的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)模型，采用顯式非線性動(dòng)力分析方法，通過(guò)建立有限元仿真模型，數(shù)值分析防爆門(mén)抗爆性能響應(yīng)。
1. 防爆門(mén)的設(shè)計(jì)要求及結(jié)構(gòu)模型
在實(shí)際應(yīng)用中，防爆門(mén)采用一種整體式的應(yīng)用結(jié)構(gòu)，門(mén)體為密閉式，防爆門(mén)的門(mén)體結(jié)構(gòu)如圖1所示。防爆門(mén)的門(mén)體為矩形結(jié)構(gòu)，寬1120 mm，高2120 mm；防爆門(mén)的鉸鏈聯(lián)接板是門(mén)體的聯(lián)接零件，長(zhǎng)60 mm，厚225 mm；防爆門(mén)的門(mén)扇厚約200 mm，并且門(mén)扇的邊緣安裝有耐高溫的密封條；防爆門(mén)門(mén)體的內(nèi)腔尺寸約為1000 mm×2000 mm，防爆門(mén)門(mén)體的內(nèi)腔四角具有圓形外觀；加強(qiáng)筋是防爆門(mén)上關(guān)鍵的固定件，排布在門(mén)體的門(mén)扇內(nèi)腔中。防爆門(mén)的主要聯(lián)接材料是Q345鋼，門(mén)體結(jié)構(gòu)主要由Q345鋼的扁條焊接而成，門(mén)體中間及門(mén)框均采用Q345鋼的扁條聯(lián)接。
