在抗爆性能研究方面，Katherine A[3]提出了一种剖析救生舱的抗爆性能的数值打算方法，通过将爆炸的动载荷转化为静载荷的办法，均匀加载到救生舱的舱体上，并进行舱体构造的抗爆性能研究。Houf W G等[4]深入研究了瓦斯爆炸后舱体的变形情形，揭示了在瓦斯冲击波浸染下舱体的变形规律。刘建英等[5]将泡沫铝夹芯板材料作为舱门，通过加强筋的固定浸染强化舱体，通过数值打算了移动式救生舱的强度哀求与安全系数。宋胜伟等[6]采取ANSYS仿真软件仿照舱体内的自动隔离门不同外界环境下的应力应变情形。吴广明等[7]通过LS-DYNA有限元软件仿真研究了舱室内在爆载荷浸染下铺设凯夫拉防护材料发生的动态相应规律，建立了动态相应的有限元模型及舰艇舱室构造模型。王文娟等[8]在有限元方法的根本上通过构造动力剖析的办法系统研究了煤矿的避难硐室中的密闭门在爆炸载荷浸染下的受力及变形情形。
本文针对防爆门的设计和构造模型，采取显式非线性动力剖析方法，通过建立有限元仿真模型，数值剖析防爆门抗爆性能相应。
在实际运用中，防爆门采取一种整体式的运用构造，门体为密闭式，防爆门的门体构造如图1所示。防爆门的门体为矩形构造，宽1120 mm，高2120 mm；防爆门的铰链联接板是门体的联接零件，长60 mm，厚225 mm；防爆门的门扇厚约200 mm，并且门扇的边缘安装有耐高温的密封条；防爆门门体的内腔尺寸约为1000 mm×2000 mm，防爆门门体的内腔四角具有圆形外不雅观；加强筋是防爆门上关键的固定件，排布在门体的门扇内腔中。防爆门的紧张联接材料是Q345钢，门体构造紧张由Q345钢的扁条焊接而成，门体中间及门框均采取Q345钢的扁条联接。
防爆门紧张零件的材料均采取Q345钢，如铰链、加强筋、大齿轮、手轮构造、盖板构造、门板焊件等零件；防爆门传动构造采取Q235钢来担保部件的刚性及稳定性；门体中的把手构造采取ZG45；门体中紧张零件的联接部件，如螺母、螺栓、销钉、垫片、钢盖、螺母等均利用材料304不锈钢；通过铆钉铆接304不锈钢表面拉丝板作为外不雅观门板；防爆门的不雅观察构造采取高强度的防爆抗压玻璃；防火材料为MT113隔离抗静电的胶条材料。建立防爆门的三维模型如图2所示。在防爆门实际加工过程中，通过门栓将门框固定起来，门框通过铰链来联接，因此在数值仿真中将防爆门设定为固定约束[9]。
防爆门须要拥有一定的抗爆压力才能知足防护需求，至少能够承受0.6 MPa的压力，并且能够承受瓦斯爆炸产生的三角冲击波压力300 ms，个中防爆门的整体构造及关键部位承受的最大三角形冲击波压力为1 MPa。
2. 有限元仿真剖析模型防爆门的数值仿真剖析紧张考虑爆炸冲击波浸染的外界条件引起门体构造的应力毁坏及应变变形。防爆门门体的位移变形是非线性变革的，因此在数值仿真中采取ANSYS软件中的显式非线性动力模块——LS-DYNA剖析模块来进行剖析，研究防爆门在爆炸环境下的变形情形及抗爆性能。
2.1 仿真模型2.1.1 单元类型的选择为了提高防爆门抗爆性能的仿照准确性与理论打算求解的精确性，须要根据防爆门的实际尺寸进行建模，对防爆门主体构造进行网格划分的同时，须要合理简化门体的一些部件，便于研究防爆门在爆炸冲击波下的形变情形，这便须要对仿真的单元类型进行合理选择[11]。考虑到防爆门的构造及打算需求，在ANSYS软件的模块程序LS-DYNA中，选择实体单元与弹簧阻尼单元作为仿真单元类型。在单元类型的选择中，紧张针对防爆门的门体构造进行仿真处理，采取软件中的SOLID 164实体单元对门体构造进行整体的网格划分，采取软件中的COMBI 165弹簧阻尼单元对门体的销钉、螺栓等联接处进行局部的网格划分。
2.1.2 仿真网格划分防爆门门体的构造特色较为繁芜，须要对不同的表征参数进行多次实验研究，数值仿真也须要更风雅的参数设置，本次仿真的网格划分参数如下：门体的划分的最大单元为25 mm，门体上零件联接处的细节部分划分的最大单元为15 mm，其比例系数设定为默认的参数1。设置好仿真参数后，对门体进行网格划分，划分的单元共135766个，如图3所示。
2.2 材料关系模型与特性参数
防爆门在冲击波浸染下会产生弹塑性变形。对防爆门材料而言，重点是考虑与稳定有关的弹塑性本构模型及材料的应变率，有限元剖析时选用LS-DYNA中材料模型Johnson-Cook[12]。
根据防爆门设计中各零部件的材料选择，防爆门的紧张材料为Q345钢、Q235钢、ZG45钢等，材料的特色参数如表1所示。
2.3 仿真的边界条件及初始条件
防爆门的构造较为稳定，不存在相对松动的零部件，设定防爆门的初始条件下稳定可靠。门体各构造中没有焊接应力存在，焊接部位对门体构造无影响；防爆门各零件间没有安装变形，螺栓等联接件的预应力不影响门体构造特色。
2.3.1 边界条件设定防爆门在承受爆炸条件下的冲击波时，冲击波的冲击压力直接浸染于迎爆面上，门框上的铰链及其他零部件没有过定义打仗情形的发生，在仿照条件下，设定门栓、门框固定，门框边界无其他压力浸染效果，防爆门可以简化成固定约束，在仿真仿照条件下，通过ANSYS软件对防爆门的边界施加固定约束。
2.3.2 初始条件通过防爆门的构造模型可知，门体的整体构造受到爆炸冲击波后，防爆门打仗冲击波的外边界区域发生了弹塑性变形，变形的区域相对防爆门的整体构造幅度非常小，对网格划分的精度无明显影响。数值仿真选择拉格朗日算法，该方法能够直不雅观处理物质界面并能精确描述材料边界与物质之间的相互关系[13]。
防爆门在爆炸环境的浸染下可能会受到冲击波的直接毁坏，为了减小偏差，在数值仿真中将防爆门的正面作为迎爆面，并将峰值冲击波加载到迎爆面上，考虑到爆炸环境的安全系数及偏差，本次仿真爆炸冲击波的最小峰值压力为0.6 MPa，数值打算中将冲击波的最大峰值压力为1.0 MPa，冲击波压力与韶光的关系曲线如图4所示。
3. 防爆门整体构造数值剖析
当爆炸冲击波浸染在门体构造上时，设定门体构造所受的冲击压力持续300 ms，防爆门的压力峰值为0.6, 1 MPa，仿真中的打算韶光为400 ms。通过ANSYS/LS-DYNA进行仿真剖析，通过数值仿真剖析防爆门构造所受的应力、应变情形，由仿真图中的应力、应变云图表示。为了担保防爆门良好的刚性构造，梁柱的最大变形量不能超过10 mm，即所受应力小于屈从应力。为防止密封失落效，有密封哀求的联接件相对位移应小于1 mm。
3.1 防爆门整体应力剖析根据防爆门整体网格划分，仿真打算后提取应力结果，如图5所示。当迎爆面的峰值压力达到0.6, 1 MPa时，防爆门受到的应力最大值紧张涌如今门体的各联接位置，打算韶光为350 ms时，迎爆面所受的冲击压力达到了339.3 MPa。可见，在冲击波持续300 ms的韶光内，门体构造承受了两种载荷与冲击波的压力。从图中可知，门体构造所受应力没有超过材料的屈从极限，符合材料的强度需求。
3.2 等效塑性应变剖析
防爆门门体在两种外界载荷的浸染下，门体加强筋部分第38332单元及第150343单元应力达到了最大值，应力的变革曲线如图6所示。
塑性应变最大值涌如今末了时候，提取该时候在波峰为0.6, 1.0 MPa两种载荷下塑性应变云图如图7所示，防爆门门体整体未涌现塑性应变。
3.3 门体位移情形剖析防爆门的门体位移形变情形如图8所示，当门体在0.6, 1 MPa载荷的浸染下，位移形变的峰值涌如今防爆门的中间区域位置，位移变形量峰值分别达到1.706, 3.461 mm。可见，防爆门在承受波峰为0.6, 1.0 MPa，持续300 ms三角形冲击波时，防爆门的门体的最大位移变形量不超过10 mm。对其进行可靠性剖析，防爆门各零件无裂痕及毁坏征象产生，符合防爆门的刚性哀求，能够担保防爆门安全的防护性能。
由防爆门整体位移场剖析可知，防爆门的位移变形量最大时候门体最大位移值在第13588、第23769两个节点处取得，分别提取两个节点处的位移与韶光关系曲线即δ-t曲线，如图9所示。
防爆门门板联接处的密封位置设置有3 mm厚的密封条，当防爆门在浸染韶光300 ms内所受的冲击压力峰值为0.6 MPa时，防爆门显著点的位移变革如图10所示。可以看出，防爆门上的联接零部件的最大位移变革数值为0.02 mm，涌如今防爆门侧方中部的联接位置处。防爆门门板联接处的密封位置最大位移未超出1 mm，因此不会发生密封失落效。
当防爆门门体在300 ms的浸染韶光内所承受的冲击压力峰值为1.0 MPa，提取门体各联接零部件显著点的相对位移数据（绝对值）如表2所示。联接件的相对位移最大值为0.004 mm涌如今防爆门顶边中间位置的联接处，未超出1 mm，因此也不会发生密封失落效。
4. 防爆门内腔构造数值剖析4.1 防爆门内腔构造应力剖析
在0.6, 1.0 MPa两种波峰载荷下，防爆门门体所受的最大应力发生在门体中间加强筋联接区域。当冲击压力持续韶光达到70 ms时，最大应力达到169.6 MPa；持续韶光达到210 ms时的最大应力为339.3 MPa。可见防爆门在承受两种载荷持续300 ms的三角形冲击波压力下，应力未超过材料屈从强度，能知足强度哀求。
4.2 防爆门内腔构造位移剖析在0.6, 1.0 MPa两种波峰载荷下，防爆门腔内零部件的构造位移形变如图11所示，门体腔内零件构造的中间区域位置的位移变革达到了最大值。浸染韶光在70 ms时，位移变革达到了1.706 mm，浸染韶光在210 ms时，位移变革达到了3.461 mm。从图中可知，当波峰载荷为0.6 MPa时，防爆门腔内零件构造的位移变形范围在0~1.706 mm；当波峰载荷为1 MPa时，防爆门腔内零件构造的位移变形范围在0~3.461 mm，门体的内腔构造位移变革小于10 mm，没有涌现毁坏征象，符合材料的强度需求。当爆炸冲击压力浸染在防爆门的门体构造上时，门体的位移变形极小，门体的密封性能不受其影响，不影响防爆门安全的利用性能，内部构造不会发生毁坏失落效，知足所需的刚度哀求。
5. 防爆门抗爆性能数值剖析结果防爆门在抗爆冲击波最大超压峰值为0.6, 1.0 MPa 载荷下，数值仿真剖析统计结果如表3所示。
根据表3，冲击波波峰压力为0.6 MPa防爆门整体构造所受应力的最大值为169.6 MPa，对应的位移变形量的最大值为1.706 mm，门体构造腔内联接区域最大变革位移发生在门体侧边中间位置，最大变革位移为0.002 mm；冲击波波峰压力为1 MPa下防爆门整体构造所受应力的最大值为339.3 MPa，对应的位移变形量的最大值为3.461 mm，门体内腔构造联接部件的最大变革位移发生在加强筋与门板的联接处，最大变革位移为0.004 mm。
6. 结束语利用显式非线性动力剖析方法，通过仿真剖析得出：防爆门的整体构造与腔内构造所承受的冲击压力在材料的屈从强度之内，符合材料的抗压性能的哀求；门体门板及加强筋零部件没有涌现塑性变形等情形，最大位移变形量不超过10 mm，没有涌现零件构造失落效、断裂等毁坏形式，符合防爆材料的刚度哀求；防爆门中各零部件的相对位移变革小于1 mm，解释防爆门的密闭性能较好；防爆门无失落效零部件，能够保持完全，构造强度和刚度达到安全哀求。在煤矿井下实际运用中防爆门抗爆性能良好，解释防爆门构造模型和仿真数值剖析有效可靠。
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文章来源——金属天下
