基于LS-DYNA矿用救生舱抗爆性能的仿真分析

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lsdyna隧道爆炸事故分析(转载)

lsdyna隧道爆炸事故分析周游 2016年8月5日2287擅长领域：dyna/abaqus/hypermesh专家档案:/content/other/1586欢迎留言回复或提问，有协作需要的请点击专家主页中的“咨询”这是系列案例，后期将会有更多案例推出，欢迎大家关注并点赞～引言2012年12月25日14时40分左右，中国中铁隧道集团公司六标项目部第六分部，在南吕梁山隧道1#斜井正洞进口右线违规销毁爆炸器材，造成8人死亡，5人受伤。

1 工程概况山西中南部铁路通道，线路全长1260 km，设计时速120 km/h。

西起山西吕梁瓦塘站，东至山东日照南站，为国家Ⅰ级双线铁路。

南吕梁山隧道进口端位于蒲县境内，出口端位于临汾市尧都区与洪洞县交界处，设计为双洞单线隧道，线间距30 m。

六分部承担南吕梁山隧道1#、2#斜井及相应正洞施工。

南吕梁山隧道为双线单洞上下分离式隧道，左线全长23 443 m，右线全长23469.7 m。

其中，1#斜井长2507 m，2#斜井长2757 m，正洞左、右线各9343 m。

两单线隧道按500m间距设一联络通道。

隧道采用钻爆法施工，其中Ⅱ、Ⅲ级围岩采用全断面开挖法施工，Ⅳ、Ⅴ级围岩采用台阶法施工。

2 事故经过事故发生前1#斜井工区右线仅剩一个开挖循环即到达预定里程，剩余部分由其他工区施工。

2012年12月25日上午11时30分左右，因2号炸药库房库存剩余的火工品还有1400 0 m导爆索，4000 m导爆管、部分毫秒雷管和炸药要全部进行清理，作业一队工作人员违规将14000 m导爆索、4000 m导爆管和其他爆炸物品运至洞内，并将导爆索运到隧道右线掌子面后方约35m处卸下。

工作面除了领工员、班长、副班长外，其他人员已经撤离。

随后，由领工员和班长将导爆索搬运至开挖工作面附近摆放。

14时05分，发出了放哨警戒信号，14：40左右发生爆炸，造成隧道内8人死亡、5人受伤。

3 理论计算3.1 爆源点确认经勘查分析，28箱14000 m导爆索堆放处，即此次事故的爆源点。

矿用救生舱防爆门抗爆结构安全性数值分析

矿用救生舱防爆门抗爆结构安全性数值分析矿用救生舱防爆门抗爆结构安全性数值分析罗星娜，黄平，钱新明（北京理工大学爆炸科学与技术国家重点，除平板外的板型均需采用薄壳液压成型工艺，将平板型的防爆门冲压成具有一定的弧度。

成型后为保证材料品质，往往需要对救生舱防爆门进行进一步的热处理，增加了防爆门生产工艺的复杂性和生产成本。

且该型防爆门的机械加工精度较难控制，不便于装配和密封。

四棱拱型结构。

四棱拱型救生舱舱门可以有效地将中部的最大爆炸冲击应力分散到门板中部两侧，从而提高救生舱防爆门的结构安全性。

同样存在着圆拱型防爆门的加工复杂和生产成本高等问题，见（c）。

）圆弧型结构。

圆弧型的救生舱防爆门常见于拱形顶救生舱和卧式圆筒形救生舱防爆门，与圆拱型门板和四棱拱型门板的受力状况比较相似，见2.3防爆门材料选择矿用可移动式救生舱防爆门选用的材料应具备以下几种性质：足够的屈服强度、韧性良好、焊接性能良好、生产过程简单、易于机加工等等。

为达到这些材料要求，一般选用工程结构钢。

工程结构钢分为普通碳素结构钢，低合金高强度结构钢和铸造碳钢。

其中普通碳素结构钢含S（硫）、P（磷）杂质较多，强度较低并且一般不进行热处理，但是价格低廉，常用于力学性能要求不高的部件。

低合金结构钢则可以很好地满足以上各项要求，其中Q460低合金结构钢性能优秀，是在普通碳素结构钢的基础上加入少量的合金元素（般含量小于3%）制成的，其很多性能优于普通碳素结构钢，尤其是力学性能，与同规格的普通碳素结构钢相比，在强度相同的情况下，可节省钢材20%30%，并且这类钢材生产过程简单，价格低廉，般在热轧或者正火状态下就可使用。

可用于制造大型或者高载荷的焊接构架，如高压容器、起重机及矿山机械、电站设备、水轮机涡壳、中高压石化容器等。

Q460钢的材料参数见表1.铸造碳钢则用于制造有些形状复杂、不易锻造并且用铸铁不能满足力学性能要求的零件，如采掘机箱体、联轴器等，铸钢碳含量般小于0.65%，但是其机械加工性能比低合金高强度结构钢差，且刚度和韧性不能很好地满足矿用可移动式救生舱的工程要求，故在本研究中选择低合金高强度结构钢为救生舱防爆门的材料。

LS-DYNA在工程结构抗爆中的应用

图! 三台涪江大桥的爆破拆除
一个有力的计算工具和理论基础。 # 结语 #$ % &’() 程序在处理爆炸荷载有很大的优势，它只需将炸药定义为炸药单元（ ! 5)6 % 7897 % ，采用 #0@A0/@B 或 :CDBA 方法模 :;1#<$8=: % >?-(）拟炸药爆炸过程，能够比较方便地确定结构内力和
!
前
言
"?"
多物质流固耦合方法采用流固耦合算法来描述爆炸过程。此时，对
8! 7 9:;< 程序系列于 .564 年由美国劳伦斯・利弗莫尔国家研究所的 A ? B? C&))D%"EF 博士主持开发并完成，起初目的是为武器设计提供分析工具。后经 .565， .5@.， .5@0， .5@4， .5@6， .5@@ 年版本的功能扩充和改进，该程序已成为著名的非线性动力分析软件，在武器结构设计、制造业、军用和民用建筑业等有着广泛的应用。（大 8! 7 9:;< 程序是功能齐全的几何非线性位移、大转动和大应变）、材料非线性（ .21 多种材料动态模型）和接触非线性（-1 多种接触类型）程序。它以 8&+G&’+, 算法为主，兼有 <8H 和 H%),G 算法；以显示求解为主，兼有隐式求解功能；以结构分析为主，兼有热分析、流体 7 结构耦合功能；以非线性动力分析为主，兼有静力分析功能（如动力分析前的预应力计算和薄板冲压成型后的回弹计算）；军用和民用相结合的通用结构分析非线性有限元程序
掷和坍落方向，爆破公害等，才能使拆除爆破工程获得成功。 #$ % &’() 给爆破设计提供了一个有力的计算工具，它能较准确地模拟炸药爆炸对结构的破坏。因此，在爆破设计中， #$ % &’() 有着重要用途。 ! #$ " &’() 在工程结构抗爆设计中的应用近几十年内，国际社会有些动荡不安，局部战争

基于LS_DYNA软件的水下爆炸数值模拟研究caj

LOAD-SSA关键字[3],可以用来模拟远场水下
爆炸对结构带来的响应。这种方法不需要建立
流体网格,算法考虑了球面入射波、反射波、辐射
波以及附带水质量带来的影响,计算时需要指定
炸药的位置和质量、水面和水底位置、水中声速、
结构浸水部位以及结构内部为水或空气,结构浸
水部位壳单元外法线要指向外围流体[5]。
间步长,LS-DYNA推荐时间步长缩放因子取
0167。
计算输出的压力是整个单元内部的平均压
力(见图2),而非一点的压力,所以网格密度对
峰值压力、爬升时间、脉冲宽度和压力震荡也有
影响,加密流体网格,峰值压力升高,爬升时间缩
短,脉冲宽度变窄,峰值过后压力震荡次数增多。
测试曲线在波峰过后也有多次振荡现象,Cole[1]
网格尺寸和网格质量对计算结果影响很大,
流体必须全部采用六面体单元,且压力梯度变化
大的区域需要非常密集的网格以充分反映高频
波动现象。同时,炸药及其周围的水单元长宽比
要接近1,并在波传播方向上尽量排列一致,其它
区域流体单元的长宽比也不应过大,否则会导致
冲击波传播失真。如此以来,要模拟真实舰船,流
认为这是由于装药中不同位置处炸药颗粒(对应
于数值计算模型中的不同炸药单元)爆炸后冲击
波叠加引起的。
图2 典型LS-DYNA水下爆
炸自由场压力曲线
此外,
还可以采用
SPH算法
来模拟近场
爆炸,炸药、
水采用
SPH粒子,
目标舰船结
构采用拉格
朗日算法,
通过点面接触来模拟二者之间的相互作用。这

基于ANSYS-LS-DYNA软件的配筋砌块墙体爆炸数值模拟共3篇

基于ANSYS-LS-DYNA软件的配筋砌块墙体爆炸数值模拟共3篇基于ANSYS/LS-DYNA软件的配筋砌块墙体爆炸数值模拟1一、砌块墙体介绍砌块墙体是建筑结构中相当普及的一种墙体结构，其由一定数量的砌块组成，具有优良的稳定性和承重性能。

砌块墙体一般由石材、砖块、混凝土制成，其中混凝土砌块墙体是目前应用最广泛的一种，其具有优良的吸能能力和持久性。

二、配筋砌块墙体概述配筋砌块墙体是在传统的砌块墙体基础上加入了钢筋骨架，从而提高其承载能力和抗震能力。

配筋砌块墙体一般按照“墙板+钢筋骨架+填充材料”三重结构进行设计，其填充材料一般采用轻质聚合物材料，并在填充过程中注入骨料混凝土，从而使得整个墙体结构更为牢固。

三、ANSYS/LS-DYNA软件介绍ANSYS/LS-DYNA是一款强大的数值分析软件，主要用于模拟爆炸、碰撞、冲击等高速动态过程中物体之间的相互作用，并可以预测物体的应力、应变、破坏等参数。

其广泛应用于航空航天、汽车工业、建筑结构设计等领域。

四、配筋砌块墙体爆炸数值模拟1. 引入模型将ANSYS/LS-DYNA软件中的配筋砌块墙体模型引入并进行重建，将其分为三层结构，即“墙板、钢筋骨架和填充材料”。

由于配筋砌块墙体的设计结构比较复杂，因此其重建过程需要精确计算每一层结构的参数，从而保证模拟结果的准确性。

2. 定义材料模型由于配筋砌块墙体具有复合材料的设计结构，因此需要对其各层结构分别定义不同的材料模型。

具体来说，墙板可以使用混凝土模型；钢筋骨架可以使用弹塑性模型；填充材料可以使用塑性模型。

3. 应用边界条件为了保证模拟过程的真实性和可靠性，需要给配筋砌块墙体应用初始边界条件。

一般来说，可将其放置在一个开放空间中，并使用一定数量的钢筋和混凝土材料进行支撑。

4. 进行数值模拟在进行数值模拟之前，需要设置好所使用的计算工具和计算条件，例如时间尺度、采样速率等。

在模拟过程中，将使用爆炸初始条件作为输入，此时可以使用ANSYS/LS-DYNA软件内部的动力学分析工具进行模拟分析。

井下救生舱抵抗爆炸冲击的数值模拟

００２；．山大学机械工程学院，３０４２燕秦皇岛
３太原科技大学应用科学学院，．太原
摘要：对救生舱抵抗瓦斯爆炸冲击的能力进行分析，为其结构设计及改进提供理论指导意见。应用非线性显式
有限元算法对瞬间冲击的响应进行模拟，得出冲击过程中的应力、变变化规律和最终变形情况。得出变形量和压力峰应值并非线性关系，而是随峰值升高变形量急剧增大；舱体受到０５ＭＰ峰值冲击波作用时发生弹性变形，．ａ大于１０ＭＰ峰．ａ值时产生塑性变形；冲击卸载后，由于惯性作用变形会有所滞后，有一定量的回弹。可将舱头优化为向外凸的结构，以减
ｄｆｒｔｎｒｍａｎｓｆｒｍｉｕｅｎｈｎｔｅｒｂｏｎａｅｌｃｅｏｍａｉｅｉｎｔｓａｄｔｅｈｅｕｄｔｋｓｐａｅ；ｔｅｄｏｈｅｕｅｃａｅａｅｄｓｇｅｓａｏｏｈｅｈａｆｔｅｒｆｇｈｍｂｒｃｎｂｅｉｎｄａ
到２１２ｍ５．ｍ。以上产生的最大位移量与救生舱宽度
＝
Ｉ（ｎ＋
式中：ｍ占分别为名义应力、、名义应变，与为真实应力、实应变。真
矗
耋姜
应变 ×１＂０ｚ
方向跨度相比小于２％，去舱体的挠度变形量远小０减
ｄｆｒｔｎｏｈｓｃｕｅｉｈｉａｔｅｅｔｉｅ．Ｔｅｒｓｌｉｄｃｔｄｔａｔｅｅａｉｎｈｐｅｗｅｎｈｅｏｍａｉｆｔｅｔｔｒｎｔｅｍｐｃｗｒａｔｎｄｏｕｒａｈｅｕｔｎｉａｅｈｔｈｒｌｔｓｉｂｔｅｔｅｓｏ

基于LS-DYNA的爆胎历程轮胎刚度特性仿真研究

轮胎作为路面与车辆间唯一接触的部件，其对车辆行驶安全的影响深受社会公众和汽车业界的关注。爆胎，尤其是高速公路上高速行驶的车辆爆胎是重大交通事故的罪魁祸首之一。在我国高速公路上，爆胎引起的重大交通事故约占重大交通事故的70%，在美国则高达80%。这些严重后果促使人们对高速行驶车辆爆胎十分重视，也引起相关专家学者等对爆胎事故发生机理及应对策略开展全面研究。从爆胎开始到气压泄完的过程中轮胎三向刚度会急剧改变，严重影响行驶车辆的动力学响应和操纵稳定性，因此有必要对行驶车辆爆胎过程的轮胎三向刚度特性变化开展具体研究[1-3]。
低，直到为零，轮胎变瘪，此时轮胎的三向刚度特
作者简介：蔡永周（1 9 8 3 —），男，山东曹县人，高级工程师，博士，从事汽车主被动安全及关键零部件研究。
E-mail：caiyongzhou@gacrnd. com
性相对于爆胎之前有根本性改变。作用在轮胎上的载荷与其产生的变形之间的
关系称为轮胎的刚度特性。本工作分别对垂向刚度、侧向刚度和纵向刚度在不同充气压力下的特性进行仿真分析，通过正常充气压力下仿真结果与试验结果的一致性说明仿真方法的正确性。
2 建立轮胎有限元模型 2. 1 网格划分
胎面花纹对轮胎静态刚度几乎没有影响[3]，为方便轮胎模型建立并提高计算效率，本研究建立的轮胎有限元模型忽略花纹，直接用无花纹轮胎开展仿真研究。为提高划分网格的质量及控制单元数量，对轮胎结构做如下简化和修改处理。

基于LS-DYNA的带球封头耐压结构深海碰撞仿真

基于LS-DYNA 的带球封头耐压结构深海碰撞仿真郭桐桐，张爱锋，俞白兮（中国船舶科学研究中心，江苏无锡214082）摘要：深海潜器在近海底自航时存在着与海山、礁石等结构物发生碰撞的可能性，这种深海碰撞情况是潜器航行最危险的工况。

本文基于非线性有限元程序LS-DYNA 对深海碰撞过程进行数值模拟，分析碰撞过程结构损伤变形、碰撞载荷和能量变化情况，对剩余承载能力和结构失效模式进行分析。

在此基础上，进一步探讨了撞击速度、静水压力、被撞物体的结构等撞击参数对于水下碰撞过程的影响，所得结果可以为潜器航行安全性提供参考。

关键词：深海潜器；水下碰撞；数值模拟；动力响应中图分类号：U674.941文献标识码：A doi:10.3969/j.issn.1007-7294.2021.02.009Underwater collision simulation of the pressure hull with spherical head based on LS-DYNAGUO Tong-tong ,ZHANG Ai-feng ,YU Bai-xi(China Ship Scientific Research Center,Wuxi 214082,China)Abstract:There is a possibility of collision between a deepsea submersible and undersea structures such as seamounts and reefs when the submersible operates near the sea bottom.This kind of collision is the most dangerous condition for submarine navigation.Based on the nonlinear finite element program LS-DYNA,the deep-sea collision process was numerically simulated,the structural damage deformation,impact load and energy changes were analyzed,and the residual bearing capacity and structural failure mode were analyzed.On this basis,the impact parameters such as impact velocity,hydrostatic pressure,structure of the impacted object on the underwater collision process were further discussed.The results can provide reference for the navigation safety of deepsea equipment.Key words:submersible;underwater collision;numerical simulation;dynamic response 0引言海洋不仅是人类交通运输的重要通道也是自然资源的宝库，研究表明海洋蕴藏着大量的石油、天然气、煤、铁等矿产资源。

用电脑测试矿井救生舱的抗爆性能

用电脑测试矿井救生舱的抗爆性能刘季冬;王斌;张坭;漆立方【期刊名称】《金属世界》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】5页(P61-65)【作者】刘季冬;王斌;张坭;漆立方【作者单位】湖南工贸技师学院,株洲412000;湖南工贸技师学院,株洲412000;萍乡安泰尔矿业科技有限公司,萍乡337000;萍乡安泰尔矿业科技有限公司,萍乡337000【正文语种】中文内容导读依据KJYF-96/6型矿用可移动式救生舱舱体实际结构尺寸建立了有限元分析模型，利用高压源在巷道中产生的冲击波流场，求得舱体在流场压力 (作用在舱体前) 为0.192 MPa条件下，舱体迎爆面(所受最大冲击波超压为0.601 MPa)、各舱段两侧面、顶面及后端面不同位置处最大压力载荷，以此载荷作用到舱体有限元分析模型，作用时间为300 ms，利用LS-DYNA模拟了KJYF-96/6型矿用可移动式救生舱舱体动态响应过程。

分析结果表明：考虑2倍安全系数，KJYF-96/6型矿用可移动式救生舱在冲击波流场作用下，舱体迎爆面所受最大冲击波超压为0.3 MPa，作用时间300 ms时，可满足刚度和强度要求，舱体能够保持完整，结构安全。

舱体结构KJYF-96/6型矿用可移动式救生舱为分体组装式，共有十一节舱段(包括过渡舱、生存舱和设备舱)。

救生舱主体结构图、外观图等如图1～4。

其中基本舱段(生存舱)九节，每节尺寸(长×宽×高)：960 mm×1784 mm×1995 mm。

另外两节舱外形尺寸(长×宽×高)为：740 mm× 1784 mm×1995 mm和760 mm×1784 mm×1995 mm。

舱段间采用高强度螺栓连接，舱体总尺寸(长×宽×高)：10637 mm×1784 mm×2105 mm。

煤矿井下可移动式救生舱舱体抗爆炸冲击性能数值模拟分析规范

附件：煤矿井下可移动式救生舱舱体抗爆炸冲击性能数值模拟分析规范（征求意见稿）1前言本规范由安标国家中心组织有关专家研究提出。

起草过程中，得到北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室、中安金力（北京）安全生产技术研究院、哈尔滨工业大学等单位专家的大力支持。

本规范规定了煤矿井下用可移动式救生舱舱体抗爆炸冲击性能数值模拟分析的基本条件、方法、步骤、判别准则及分析报告的相关要求。

本规范适用于煤矿井下可移动式救生舱舱体整体结构抗爆冲击性能分析，不适用于救生舱内部设备性能分析及软体式救生舱软体展开部分的抗爆冲击性能分析。

2 基本依据《煤矿井下紧急避险系统建设管理暂行规定》（安监总煤装〔2011〕15号），2011年1月25日。

3 主旨思想通过数值仿真模拟井下瓦斯煤尘爆炸在井巷中产生的流场载荷，将该流场载荷作为救生舱结构动力响应分析的载荷条件。

按舱体实际结构尺寸进行建模，保留主体结构特征，细小部件做合理简细化舱体重点部位，细小部件按实际结构建立计算模型，进行重点部位强度、密封性分析。

4 基本条件4.1 爆源条件数值模拟分析中，载荷来源于瞬时爆轰爆源。

爆源初始体积200m3，爆源瞬时爆轰压力以在距离爆源100m处产生救生舱所要求的抗爆压力（流场载荷,下同）为初始值，用以模拟计算瞬时爆轰爆源产生的冲击波在井巷中的传播及对救生舱的冲击作用。

抗爆压力由救生舱产品制造方提出，但不小于2×0.3MPa（2为安全系数）。

4.2 井巷条件选取典型巷道条件：半圆拱型，尺寸如图1所示；等截面直巷道；长度包括爆源段28m，冲击波传播段100m，救生舱长度，后端长度（大于救生舱长度）。

救生舱布置位于巷道水平方向几何中心。

图1 巷道截面尺寸与救生舱布置4.3 救生舱条件救生舱为实际产品，由制造方提供产品结构完整图纸和全部材料的型号规格等。

4.4 救生舱安装条件依据制造方提供的救生舱的实际固定方式，可采用固定连接（如舱底与巷道刚性连接）或简支方式连接（如舱底与巷道采用铰链或铆索连接），连接方式和连接点个数及连接部位应与实际检测或使用安装情况完全一致。

矿用救生舱瓦斯爆炸动力响应数值模拟

矿用救生舱瓦斯爆炸动力响应数值模拟张博一;李秋稷;王伟【摘要】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-DY-NA,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.【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2013(045)004【总页数】7页(P14-20)【关键词】瓦斯爆炸;流固耦合;动力响应;矿用救生舱【作者】张博一;李秋稷;王伟【作者单位】哈尔滨工业大学土木工程学院,150090哈尔滨;哈尔滨工业大学土木工程学院,150090哈尔滨;哈尔滨工业大学土木工程学院,150090哈尔滨【正文语种】中文【中图分类】TD712我国作为能源消费大国，煤炭在我国一次能源生产的格局中占有近70%的绝对比重.我国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.据统计，在各类煤炭矿难中，瞬间死亡人数比例只有不到10%，而事故发生后形成的高温、缺氧、毒气弥散等次生灾害是造成井下人员伤亡的主要原因.矿用救生舱是指在矿井下，当发生灾难或意外事故时，井下作业人员用于逃生、避难等待救援的一个密封装置设备，在国内外应用日趋广泛［1－4］，当煤矿井下发生瓦斯或煤尘爆炸时，会产生强大的冲击波作用在舱体上使其发生变形甚至失效，直接危及舱体内避险矿工的生命安全，因此救生舱舱体的抗爆炸冲击性能是救生舱设计时需要考虑的关键因素.评价救生舱的抗爆性能主要采用实物爆炸试验和数值分析方法.国内仅有重庆煤科总院能完成实体救生舱的模拟井下巷道瓦斯爆炸试验［5］，由于瓦斯爆炸实验为实物破坏性试验，实验具有复杂性和随机性，且实验成本昂贵，因此采用数值模拟计算救生舱的抗爆性能是一种更为科学合理的方法.救生舱抗爆性能的数值分析是一个复杂的流固耦合问题，关于瓦斯爆炸荷载的研究主要集中在瓦斯爆炸冲击波及燃烧火焰的传播特性这两方面［6－8］，但对于瓦斯气体爆炸冲击波作用下救生舱动力响应方面的研究少有报道，杨旭东等［9］采用ABAQUS 有限元分析软件利用施加静载的方法对救生舱性能进行了模拟分析，马立东等［10］应用非线性显式有限元算法对救生舱爆炸冲击响应进行模拟，得出冲击过程中的舱体应力、应变变化规律和最终变形情况.尽管在救生舱抗瓦斯爆炸性能数值模拟方面已经开展了一些有益研究，但在模拟爆炸荷载方法上多采用等效三角形冲击波加载［9－11］，该方法的缺陷是忽略了冲击波作用在舱体后发生的反射，绕流等现象对舱体产生的二次冲击作用，也就是未能真实模拟在实际巷道中爆炸冲击波产生的流场与救生舱舱体之间的流固耦合作用.本文利用显式动力非线性有限元软件ANSYS/LS－DYNA，采用ALE 流固耦合多物质单元，建立巷道内瓦斯爆炸流场、空气及救生舱数值模型，模拟瓦斯爆炸冲击波在巷道内传播及与救生舱舱体之间的流固耦合相互作用，研究两类典型结构形式的救生舱在瓦斯爆炸荷载作用下的动力响应特性.1 有限元模型1.1 救生舱三维几何模型由于救生舱舱体蒙皮及端板厚度相对于救生舱整体尺寸较薄，因此舱体蒙皮及端板采用ANSYS/LS－DYNA 单元库中提供的4 节点空间薄膜单元SHELL163 建立有限元模型.需要对舱门及法兰处重点处理，采用8 节点实体单元SOLID164 单元划分.瓦斯气体及空气域采用实体单元SOLID164.舱体有限元模型及其结构尺寸如图1、表1所示.其中WL1 与WL2 模型舱体外壁均采用瓦楞形结构，舱体长度相同但截面尺寸不同，JL1 与JL2 模型舱体外壁均为纵横交错加强筋平板结构，截面尺寸相同但舱体长度不同.以此对比研究两类不同舱体外壁形式的救生舱截面尺寸、舱体长度以及结构形式对舱体瓦斯爆炸荷载作用下的动力响应特性的影响.4 种舱体各部件的厚度完全一致，各构件所用材料及厚度见表2.图1 三维有限元模型表1 救生舱模型尺寸参数 m表2 救生舱结构各构件材料及厚度值1.2 材料模型在数值模拟中，利用LS－DYNA 材料库的空物质MAT－NULL 模型及线性多项式状态方程EOS－LINEAR－POLYNOMIAL 描述空气和瓦斯的流动状态［12］，即式中:ρ0、ρ、E 分别为初始密度，当前密度和内能;C0～C6为状态方程参数，μ=ρ/ρ0－1.参数取值见表3.钢材采用非线性塑性材料模型PLASTIC－KINEMATIC 来模拟，该材料模型由于考虑了应变率效应，适合模拟爆炸冲击荷载作用下的金属材料.其中考虑应变率效应影响后的材料屈服应力为式中:C，P 是Cowper-Symonds 常数;σ0是初始屈服应力;是等效塑性应变;Ep为塑性硬化模量.所用钢材的力学性能指标见表4.表3 空气和瓦斯状态方程EOS－LINEAR－POLYNOMIAL 参数表4 钢材的力学性能指标1.3 瓦斯爆炸荷载及巷道模型目前，国家安全生产监督管理总局发布的《煤矿可移动式硬体救生舱通用技术条件》(报批稿)对救生舱抗爆炸冲击能力有明确的规定，要求分析作用在救生舱舱体结构上的爆炸荷载为峰值不小于2.0×0.3 MPa 的入射爆炸冲击波荷载(其中2.0 为安全系数).本次数值模拟提取爆炸流场入射冲击波作用在舱体上的压力时程曲线见图2. 图2 爆炸流场入射波压力－时程曲线巷道模型分为4 部分:瓦斯爆源段(200 m3瓦斯/空气混合气体)、空气传播段、舱体作用段和舱后留置段，巷道分段示意及巷道与救生舱截面关系尺寸见图3.瓦斯/空气混合气体爆炸产生的冲击波在传播过程中，巷道各壁面有较强的反射能力，冲击波传播越过舱体后仍继续传播，因此巷道断面出口端采用流出边界，其他边界均采用刚性固壁全反射边界.2 计算结果及分析2.1 救生舱上冲击波压力分布以模型WL1 为例，给出救生舱迎爆面、顶面、侧面及背面在爆炸冲击波作用下的压力场分布情况，模型压力测点布置见图4.图3 巷道模型(mm)图4 WL1 各位置压力场分布图5 为WL1 在不同位置处的压力场分布情况.从图5 可看出，作用于舱体各个表面的压力，沿高度和长度方向均呈现逐渐降低的变化趋势，这也表明爆炸冲击波压力沿着舱壁向后传播的过程是一个波阵面压力和速度不断衰减的过程.图5 WL1 各位置压力场分布2.2 救生舱主舱门动力响应分析2.2.1 主舱门应变结果分析救生舱主舱门在爆炸冲击荷载下最大塑性应变发生在400 ms 时刻，此时各个舱体主舱门对应的塑性应变云图见图6.图6 400 ms 时刻主舱门塑性应变云图最大塑性应变及分布情况见表5.模型JL1同JL2 的塑性应变基本一致，模型JL1、JL2 同WL1、WL2 相比，塑性区域更加广泛，塑性分布更加均匀，结构更加合理. 表5 主舱门最大塑性应变及分布情况2.2.2 主舱门位移结果分析取主舱门中心点为测点，提取4 个舱体模型主舱门测点处位移时程曲线，图7 为4 个舱体主舱门中心点位移时程曲线对比.从图7 得知，4 个舱体模型主舱门中心点均在79 ms 时产生位移，然后迅速增加，到达位移峰值后又出现回弹现象，这是由于舱体结构在爆炸冲击波作用下会出现往复振动的现象［13］.主舱门中心点最大位移值见表6.可知模型WL2 和WL1 相比，主舱门中心点最大位移值要高出27.6%;JL1 跟WL2 相比，主舱门中心点最大位移值要高出28.5%;JL2 和JL1的位移最大值相等.需要指出，对于JL1、JL2 最大位移为70 mm，然后迅速降到40 mm左右，其后位移在40 mm左右发生往复振动现象，从70 mm 落到40 mm 如此大的位移落差应是救生舱整体的塑性变形或者屈曲导致的位移，而不是往复振动导致的.表6 主舱门中心点最大位移值 mm图7 不同舱体主舱门位移时程曲线2.3 前端板动力响应分析2.3.1 前端板应变结果分析救生舱前端板在爆炸冲击荷载下最大塑性应变发生在400 ms 时刻，应变云图见图8，最大塑性应变及分布情况见表7.计算分析结果表明，模型WL2、JL1 和JL2 较WL1 前端板塑性应变要大得多，表明舱体的结构形式及迎爆面端板的尺寸对救生舱前端板的抗爆性能影响较大.2.3.2 前端板位移结果分析取前端板门框上沿、门框右侧及门框下沿为测点.舱体模型门框右侧位移时程曲线见图9.表8 所示为4 种不同规格舱体前端板各测点最大位移值.可以看出，WL2 前端板位移各测点位移均比WL1 高;JL2 和JL1 的位移基本一致，并且高于WL2，可知迎爆面端板的尺寸对其在爆炸冲击作用下的位移响应影响较大.图8 400 ms 时刻前端板塑性应变云图表7 前端板最大塑性应变及分布情况图9 不同舱体前端板测点位移时程曲线表8 不同规格舱体前端板各测点最大位移值 mm2.4 舱体顶面、侧面动力响应分析2.4.1 舱壁应变结果分析救生舱舱壁在爆炸冲击荷载下最大塑性应变云图见图10.可以看出，4 个舱体仅在舱壁与前端板的连接处出现塑性应变，且其应变值均非常小.2.4.2 舱壁位移结果分析取4 个舱体模型的沿长度方向1/4、1/2、3/4处的顶部中间点(分别为D1、D2、D3 测点)和侧部中间点(分别为C1、C2、C3 测点)为测点.提取舱体C1、D2 位移时程曲线，见图11.表9 为舱体顶面、侧面各测点最大位移值.图10 400 ms 时刻舱壁塑性应变云图表9 舱体顶面、侧面各测点最大位移值 mm图11 舱壁顶面及侧面中间点位移时程曲线可以看出，模型WL1、WL2 和JL1 的舱体顶面和舱体侧面的位移均是中间最大，两端稍小，但是JL2 表现出舱体前段位移较大，可见对于4 种规格舱体，爆炸冲击波产生荷载较大处为距前端面的相同距离处，而JL2 舱体较长，那么相对于较长舱体则为中前端;WL2 跟WL1 相比，同测点处位移要高出9.93%～40.1%，这是因为WL2 顶面和侧面宽度尺寸相对更大，从而刚度更小;JL1 与JL2 在同测点处的位移相差不多，但要比WL2 高出24.4%～84.4%，这说明在相同爆炸冲击波作用下，瓦楞型的救生舱结构具有更大的刚度.2.5 逃生门动力响应分析逃生门所在位置为后端板上，取逃生门中心点为测点，提取测点处的位移时程曲线，见图12.最大位移值见表10.图12 不同舱体逃生门中心点位移时程曲线表10 逃生门中心点最大位移值 mm从图12、表10 可看出，爆炸荷载作用下，4 种模型逃生门位移相差不大且位移值均相对较小(3 mm 左右).可见，逃生门由于背离迎爆面，爆炸冲击波对其产生的影响较小.3 结论1)在同一截面尺寸巷道内，舱体迎爆面截面尺寸对于舱体的抗爆性能影响较大，截面尺寸越大，迎爆面受到的冲击波压力越大，舱体产生的变形越大，舱体抗爆性能相对越弱.2)舱体外壳结构形式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，且无需在舱壁焊接加强筋，较加筋板舱壁更节省材料.3)计算分析表明，改变舱体长度对于舱体的抗爆性能影响不大，长度较大的舱体其后半段由于受到的空气冲击波压力较小，其后半段产生的变形也相对较小.参考文献［1］艾长波.矿用救生舱国内外发展概况［J］.舰船防化，2010(6):5－8.［2］张鹏，胡桃英，胡敏，等.矿用可移动式救生舱的现状及其环境监测系统的统计方案［J］.工矿自动化，2011(8):29－32.［3］程健维，杨胜强，程涛.国外矿井救生舱研究现状及问题分析［J］.煤炭科学技术，2010，38(11):93－96.［4］张安元，曲效成.煤矿井下移动救生舱的发展现状及趋势［J］.西安科技大学学报，2011，31(6):803－808.［5］樊小涛.矿用救生舱抗爆性能试验研究［J］.矿业安全与环保，37(3):25－30. ［6］吴世永，张舵，卢芳云.坑道内爆炸波的传播规律研究［J］.地下空间与工程学报，2010，6(2):396－399.［7］司荣军.矿井瓦斯煤尘爆炸传播规律研究［D］.济南:山东科技大学，2007. ［8］王东武，杜春志.巷道瓦斯爆炸传播规律的试验研究［J］.采矿与安全工程学报，2009，26(4):475－480.［9］杨旭东，金亮亮，李家春.煤矿救生舱的爆炸模拟分析［J］.煤矿机械，2012，33(2):113－114.［10］马立东，潘海彦，王云，等.井下救生舱抵抗爆炸冲击的数值模拟［J］.振动与冲击，2012，31(20):172－176.［11］曾一鑫，白春华，李建平，等.巷道救生舱抗冲击数值仿真［J］.煤炭学报，2012，37(10):1705－1708.［12］张秀华.燃气爆炸冲击作用下钢框架抗爆性能试验研究与数值模拟［D］.哈尔滨:哈尔滨工业大学，2011.［13］侯玮，曲志明，骈龙江.瓦斯爆炸冲击波在单向转弯巷道内传播及衰减数值模拟［J］.煤炭学报，2009，34(4):509－513.。

特高压换流站阀厅防火封堵系统防火与抗爆性能分析

特高压换流站阀厅防火封堵系统防火与抗爆性能分析发布时间：2022-12-01T01:45:51.795Z 来源：《新型城镇化》2022年22期作者：张峥[导读] 本研究以提高封堵结构强度，提升封堵体系的总体抗烟性能为核心，并充分考虑封堵体系的耐火和防爆特性，提出了一种新的复合封堵体系。

国网山西省电力公司超高压变电分公司山西省太原市 030031摘要：为提高新建特高压换流站阀室的安全性，本文介绍了一种新的阻燃法和阻燃法，采用碳氢加温曲线法对5 mX5.2 m封堵体系的真型试件进行了耐火实验，并建立了其抗爆特性的数学模型，并对典型爆炸状态下的封堵结构进行了动态反应模拟。

结果表明：采用新型阻燃剂、阻燃剂和阻燃剂的加温曲线，其耐火极限为3小时以上，且在设计的爆炸载荷下为弹性状态，对体系的防火性能无影响。

关键词：消防；换流站；封堵系统；防火抗爆；耐火极限1封堵方案本研究以提高封堵结构强度，提升封堵体系的总体抗烟性能为核心，并充分考虑封堵体系的耐火和防爆特性，提出了一种新的复合封堵体系。

对于较大的封堵部分，从室外到阀厅内部依次为0.5mm装饰不锈钢板；第一层50mm厚蛭石防火板，蛭石防火板的基本材料性能参数：密度为719kg/m3，导热系数为0.141W/（m·K），抗弯强度为4.2MPa；第二层50mm厚错缝蛭石防火板；80mm×80mm×2mm不锈钢龙骨，龙骨间隙由硅酸铝针刺毯密实填塞；第三层50mm厚蛭石防火板；0.5mm屏蔽不锈钢板组成。

对于换流变压器套管贯穿的较小封堵部分，设计了一种多层复合方案，使用防火涂料增强型硅酸铝纤维棉、柔性有机堵料、有机/无机防火密封胶作为柔性封堵，通过柔性有机堵料高温下膨胀对小封堵材料进行束缚，实现高效防火防烟。

2封堵系统防火性能为了解新型封堵系统防火性能，制作了如图2所示的系统真型试验样品。

试件的尺寸为5米*5.2米，使用2米长，1.02米，厚度8毫米的钢管作为换流变压器的贯穿套管，在实验中，通过钢管的倾斜角度为20度，受火端长度为0.5 m。

LS_DYNA的ALE方法在飞船返回舱着落仿真中的应用

ISSN 100020054CN 1122223 N 清华大学学报(自然科学版)J T singhua U niv (Sci &Tech ),2006年第46卷第8期2006,V o l .46,N o .828 36145521457L S -DY NA 的AL E 方法在飞船返回舱着落仿真中的应用马春生,　黄世霖,　张金换,　杜汇良(清华大学汽车工程系,汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084)收稿日期:2005210211作者简介:马春生(19792),男(汉),河南,博士研究生。

通讯联系人:黄世霖,教授,E 2m ail :huangsh l @tsinghua .edu .cn摘　要:着陆是载人航天活动的关键环节,对返回舱在接近地面时的带伞着陆过程分析具有重要意义。

该文对显式积分有限元软件L S 2D YNA 的AL E 方法进行了初步研究,探讨了其中关键控制参数对计算结果的影响。

用该方法建立了返回舱带伞着陆的有限元模型,包含空气、降落伞和返回舱,用相关试验数据对模型的有效性进行了验证。

结果表明,计算得到的舱体速度和姿态角与试验结果基本吻合,建立的模型可用于返回舱带伞着陆过程特性分析、着陆工况确定和降落伞对着陆冲击的影响等问题的研究。

关键词:飞船返回舱;着陆;降落伞;AL E ;数值模拟中图分类号:V 244.4文献标识码:A文章编号:100020054(2006)0821455203Si m ula tion s of the land i ng of manned spacecraf t w ith parachutes usi ng theAL E m ethod i n L S -DY NAMA C hunshe ng ,HUANG S hilin ,ZHANG J inhua n ,DU Huilia ng(State Key Laboratory of Auto motive Safety and Energy ,D epart men t of Auto motive Engi neer i ng ,Tsi nghua Un iversity ,Be ij i ng 100084,Ch i na )Abstract :T he landing p rocess of a m anned spacecraft w ith a parachute w as analyzed using the AL E (arbitrary L agrangian 2Eulerian )finite elem ent m ethod in L S 2D YNA to evaluate the effects of key contro l param eters on the si m ulati on results .T he finite elem ent model including the m anned spacecraft w ith the parachute and the atmo spheric environm ent w as validated w ith test data .T he results indicate that the AL E m ethod can be used to si m ulate m anned spacecraft landings w ith parachutes .T he finite elem ent model can be used to deter m ine the spacecraft landing conditi ons and to evaluate the effects of the parachute on the landing i m pact .Key words :m anned spacecraft;landing;parachute;arbitraryL agrangian 2Eulerian (AL E );num erical si m ulati on着陆是载人航天活动的最后步骤,也是载人航天任务成败的最终标志[1]。