煤矿井下救生舱抗爆性能数值模拟检测简要规范(建议稿)

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，细小部件做合理简化，进行整舱强度分析。1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2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。4.5数值模拟软件AUTODYN或LS-DYNA。5数值模拟分析方法5.1模型设计5.1.1巷道模型巷道断面节点尺寸＜200mm，轴向节点尺寸＜200mm，单元为六面体，出口端采用流出边界，其它边界均采用刚性固壁边界。5.1.2爆源模型巷道一端28m内产生高压气体，爆源初始体积200m3；气体初时压力满足100m处产生的冲击压力为救生舱检测所要求的抗爆压力。5.1.3救生舱舱体模型救生舱整体结构模型：依据舱体实际尺寸进行建模，保留主体结构特征，细小部件做合理简化，对舱体主体结构的实体梁柱采用实体单元，空心梁柱采用壳单元，板壳结构采用壳单元，整体尽量采用结构化网格。实体梁柱截面每边网格≥2排；壳单元网格尺寸不小于壳体厚度的5倍，同时不大于壳体厚度的20倍。重点部位模型：取舱体重点部位及其周围区域，对区域内细小构件按实际结构建立计算模型。周围区域范围不小于结构最大尺寸的0.5倍，该区域内如遇有边界，以边界为准。材料选取弹塑性非线性本构模型。5.1.4舱体与巷道连接模型根据制造方提供的救生舱与巷道固定方式，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）。35.2数值分析计算5.2.1舱体载荷计算依据巷道模型、爆源模型和救生舱刚性模型，计算舱体所受载荷。载荷记录区域：舱体外表面。载荷记录时间：冲击波进入记录区域前端至传出记录区域末端时间和记录区域末端处流场载荷衰减至其最大载荷10％的时间。5.2.2舱体结构响应计算将计算舱体所受载荷加载于舱体，可采用单面多区域加载方式，单区域尺寸不大于单节舱体表面尺寸，载荷选取区域中最大载荷。通过模拟分析计算，得到救生舱梁、柱、板等强度、刚度等结果。达到失效标准时，数值模拟分析工作结束。5.2.3重点部位响应计算在舱体整体结构响应分析满足强度、刚度要求后，对救生舱重点部位，包括门系统（含门扇、门框、门闩、门轴、手柄或手轮等）、观察窗、舱段间连接部位和其他可能影响救生舱使用的特殊部位，做进一步的刚度、密封性模拟分析。5.3结果输出救生舱整体结构应力、应变和位移云图；各个重点部位应力、应变和位移云图；失效部位应力、应变和位移云图；典型节点及失效点应力、应变和位移时间历程。5.4判别准则与结论5.4.1救生舱整体结构损伤类型及判别准则救生舱整体结构损伤类型及评判准则见表1。以舱体主体梁柱（加强筋）跨度相对变形和绝对变形为基准，针对数值仿真结果，按照判别准则，统计出救生舱整体结构损伤类型及失效数量，并进行分析。4表1救生舱整体结构损伤类型及判别准则损伤类型判别准则分析项目指标破坏失效舱体强度＞强度极限变形失效板壳最大变形挠度和变形量＞2％或＞20mm梁柱最大变形挠度和变形量＞1％或＞10mm5.4.2救生舱重点部位损伤类型及判别标准救生舱重点部位损伤类型及评判准则见表2。以主体结构跨度相对变形为基准，针对数值仿真结果，按照判别准则，统计出救生舱重点部位损伤类型及失效数量，并进行分析。表2救生舱重点部位损伤类型及判别准则损伤类型判别准则分析项目指标破坏失效重点部位强度＞屈服极限密封失效密封要求的连接件相对位移＞1mm5.4.3结论根据数值模拟分析结果和判别准则，应给出救生舱抵抗爆炸冲击能力的明确结论，并可提出相关意见建议。6分析报告6.1分析报告的主要内容及要求数值模拟分析完成后，应出具分析报告，主要内容应包括：救生舱基本情况、数值模拟方法与软件、数值模拟过程、结果、分析结论等。数值模拟分析报告格式见附件。5数值模拟分析报告编写完成后，必须履行相应审批程序，包括相关技术人员复核、项目负责人审核、专家组评议、主管领导签批等。数值模拟分析报告须有相关人员签字，并加盖承担单位印章。6.2附件模拟分析报告应附其所分析产品及安装加工图纸、材料型号等必要的附件。6.3分析报告内容依据留存对制造方提供的资料、数值模拟原始结果、签批表及分析报告均应编号、归档留存，保存期不少于10年。7相关要求7.1承担单位基本要求承担救生舱抗爆性能数值模拟分析的单位应满足以下要求：（1）在爆炸科学领域具有较高水平，拥有高水平专业研究队伍和相关软硬件条件，具备开展爆炸结构分析的计算经验。（2）能够独立承担法律责任。（3）自觉遵守矿用产品安全标志管理有关规定，严格执行本规范的相关要求，自愿与安标国家中心签订相关协议。7.2承担单位工作要求承担救生舱抗爆性能数值模拟分析的单位在进行相关工作中，应满足以下要求：（1）与委托方签订委托协议，明确各自的责任、权利和义务。（2）必须具备科学、严谨的工作作风，客观公正地开展相关工作。（3）具有保守相关技术和商业秘密的义务，独立承担由于自身泄密引发的相关责任。（4）对出具的分析报告和结论负法律责任。6（5）收费标准符合国家相关规定，并在安标国家中心备案。7.3安标审查要求安标国家中心收到模拟分析报告后，进行形式审查或委托有关技术机构进行审查，不符合要求的予以退回。承担单位应按要求实施整改，整改两次仍不满足要求的，不再接受该报告。对经审查符合相关要求的模拟分析报告，进行安标备案，并作为产品安全标志审核发放的依据之一。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报告（格式）2011年8月4日7×××××（分析单位）数值模拟分析报告××字(20XX)第XXX号产品名称：井下可移动式救生舱分析项目：舱体抗爆性能分析委托单位：分析报告发出日期：20年月日（分析单位公章）8声明事项1、分析结果栏无“分析报告专用章”、报告无骑缝章无效。部分复制或复制报告未重新加盖“检验报告专用章”无效。2、报告无编制、审核、批准人签字无效。报告涂改无效。3、本报告及本分析单位名称未经同意，不得用于产品标签、包装、广告等宣传活动。4、本分析单位对样品的分析结果的准确性负责，委托方对所提供的样品及其相关信息的真实性负责。5、委托送样分析的结果仅对所检样品有效，不代表样品所属批次产品的质量。6、对分析报告若有异议，应于收到报告之日起15日内向本所提出。7、本报告仅提供给委托方，本分析单位不承担其他方应用本报告所产生的责任。地址：邮政编码：传真：电话：电子信箱：9×××××（分析单位）数值模拟分析报告样品名称商标规格型号样品等级委托单位分析类别委托分析生产单位生产日期送样人到样日期样品数量原编号或批号样品状态描述样品接收编号分析项目舱体抗爆性能分析日期执行规范煤矿井下救生舱舱体抗爆性能数值模拟分析规范.分析结果（分析报告专用章）签发日期：年月日备注编制(签字):校核（签字）：审核(签字):批准(签字):10××××（分析单位）数值模拟分析报告一、样品描述及说明111.舱体结构（包括主体结构、材料、尺寸等）2．固定方式（舱体与地面的固定方式）3．分析要求（抗爆压力）4．产品特殊描述及照片（照片要求：正面、侧面、两端面、门系统、观察窗等）12××××（分析单位）数值模拟分析报告二、数值计算1.计算软件2．计算模型3．材料模型4．初时条件、边界条件13××××（分析单位）数值模拟分析报告三、结果及分析1.舱体结构响应计算结果及分析1.1救生舱整体结构应力、应变和位移云图1.2失效部位应力、应变和位移云图1.3典型节点及失效点应力、应变和位移时间历程142.重点部位响应计算结果及分析2.1门系统应力、应变和位移云图2.2观察窗应力、应变和位移云图2.3舱段间连接部位应力、应变和位移云图2.4其他重点部位应力、应变和位移云图×××××（分析单位）15数值模拟分析报告四、结论1．结果统计序号分析项目结果描述备注1整舱舱体强度最大应力及出现部位：破坏失效数量及出现部位：2板壳变形最大变形及出现部位：变形失效数量及出现部位：3梁柱变形最大变形及出现部位：变形失效数量及出现部位：4重点部位门系统强度及相对位移最大应力及出现部位：相对位移是指有密封要求的连接件之间出现的相对运动距离最大相对位移及出现部位：密封失效数量及出现部位5观察窗强度及相对位移最大应力及出现部位：最大相对位移及出现部位：密封失效数量及出现部位6舱段间连接部位强度及相对位移最大应力及出现部位：最大相对位移及出现部位：密封失效数量及出现部位7其他重点部位最大应力及出现部位：最大相对位移及出现部位：密封失效数量及出现部位；2．结论及建议16