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礦井通風(fēng)是維持礦井正常工作的前提，因此，通風(fēng)機(jī)持續(xù)工作就是井下工作人員的保證，不容許出任何紙漏。防爆門就是為了保障通風(fēng)機(jī)正常、穩(wěn)定工作而設(shè)立的一道安全保障措施。如何使防爆門更加安全、穩(wěn)定地滿足其使用功能，對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度分析和校核就顯得尤為必要。
鋼板、用下，如圖所示，防爆門承受礦井負(fù)壓、防爆蓋等的重力以及重錘塊的拉力自由擱置在基礎(chǔ)上。正常工況下，自身圓頂，在三力作防爆門自由放置在土建基礎(chǔ)上，當(dāng)井下有瓦斯爆炸產(chǎn)生沖擊氣流時(shí)，防爆門彈起，起到降低氣壓的作用，保護(hù)風(fēng)機(jī)不被沖壞；在需要返風(fēng)時(shí)，搬動(dòng)返風(fēng)壓板，壓緊防爆門即可。防爆門整體的三維模型如圖所示，防爆門主體錐殼的模型如圖所示。風(fēng)壓和錐殼鋼板重力壓在雙角鋼形成的筋肋上，因此，對(duì)雙角鋼形成的筋肋強(qiáng)度進(jìn)行分析尤為重要。把鋼板質(zhì)量，風(fēng)壓加載到雙角鋼筋肋上，通過強(qiáng)度分析，推導(dǎo)出角鋼強(qiáng)度；并對(duì)雙角鋼筋肋進(jìn)行基于ANSYS的靜力學(xué)仿真，強(qiáng)度分析結(jié)果驗(yàn)證了分析方法的正確性。
由圖可知，因重物和負(fù)壓方向均垂直向下且均勻分布，通過簡(jiǎn)化把施加在鋼板上的負(fù)壓和鋼板自身的質(zhì)量施加到雙角鋼上，再通過對(duì)雙角鋼的強(qiáng)度分式中：Po為礦井負(fù)風(fēng)壓，Po=3432Pa；m為鋼板質(zhì)量，m=308.32kg；G為鋼板重力，G=3021.5N；P為向下的壓強(qiáng)。重力和負(fù)壓的方向均為垂直向下且均勻分布。l為雙角鋼的長(zhǎng)度，l=4.348m；S為鋼板面積，S=67.827m2；ab為兩點(diǎn)的直線距離，ab=0.28m；cd為兩點(diǎn)的直線距離，cd=3.85m�？紤]到重力和負(fù)壓均為垂直向下且均布載荷，因此應(yīng)把兩個(gè)力疊加起來(lái)考慮，換算成對(duì)鋼板的垂直向下的載荷，即P=3358Pa。由圖可知，取出其中的兩片鋼板作為分析單元，并在鋼板面上施加垂直向下的均布載荷。通過把面壓轉(zhuǎn)化到線壓分析校核，即轉(zhuǎn)到肋板上進(jìn)行校核。
將UG建好的模型以PARASOLID的格式保存，并導(dǎo)入到ANSYS中，對(duì)其進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分。為了減小計(jì)算量，在進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分且不影響精度的前提下，為了簡(jiǎn)化模型，可將一些倒角和螺紋孔忽略不計(jì)。該軸材質(zhì)采用Q235A，彈性模量E=2.12xe5 Pa，泊松比f(wàn)=0.288；單元類型采用Solid185，采用6級(jí)精度進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在面上施加壓力載荷，在雙角鋼兩端加載全方位約束。如圖所示，其雙角鋼的等效應(yīng)力最大值為48.2MPa，且在中間等效應(yīng)力較大，兩邊由于施加約束的關(guān)系，應(yīng)力會(huì)相對(duì)集中，但其最大值比材料的許用應(yīng)力小很多，滿足工程需要。
(1)通過力學(xué)推導(dǎo)，而不是采用陳舊的經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)防爆門進(jìn)行力學(xué)強(qiáng)度計(jì)算和校核；(2)基于ANSYS的靜力學(xué)分析和計(jì)算方法的比較，使得結(jié)論更加有說服力；(3)可以為礦井通用化設(shè)計(jì)提供良好的理論基礎(chǔ)，為提高工程質(zhì)量、縮短工程時(shí)間提供理論依據(jù)。
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