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原文传递家用救生舱的设计与研究

论文题名：	家用救生舱的设计与研究
关键词：	家用救生舱;多参数优化;跌落冲击;爆炸冲击响应;防火隔热
摘要：	本文在总结家用救生舱国内外发展现状基础上，参考矿用救生舱的设计经验，设计了两种新型的家用救生舱形式:拱形舱和多边形舱，并提出一种新的舱门锁紧结构设计方案。然后利用有限元理论对舱体和舱门结构进行静力学分析，在此基础上对舱体和舱门结构按照MOGA多目标遗传算法进行优化设计;通过对地震灾害的研究基础上，对舱体承受重物跌落冲击能力和自身高空跌落进行动力学响应分析;利用AUTODYN的欧拉-拉格朗日耦合算法对厨房燃气爆炸问题进行求解，并利用得出的冲击波曲线进行舱体爆炸冲击分析;最后通过对火灾发展规律的研究，对舱体的防火能力和隔热能力进行设计与分析，利用标准火灾升温曲线对舱体结构进行了瞬态传热分析，改进了隔热结构。论文的主要研究工作和内容有: 　　(1)本文首先设计了两种适用于家用环境的救生舱结构:拱形舱体结构（A型）和多边形舱体结构（B型），利用ANSYSWorkbench的静力学模块;采用18MnMoNbR和玻璃钢材料对两种舱体进行0.3MPa压力分析，得到舱体的应力、变形分布和法兰处螺栓受力分布，讨论了两种舱体适用场合;针对家用救生舱的特点设计一种拱形舱门，分析了几种常用的锁紧方式的应用，并提出一种新型舱门锁紧机构设计方案，并对舱门进行理论校核和有限元静力分析，通过舱门的模态分析，验证了静力分析的有效性。　　(2)其次在静力分析的基础上利用Workbench的DOE模块提供的MOGA方法对拱形舱体和舱门简化结构进行了多参数优化分析，分析了各主要参数对舱体和舱门应力和变形的影响，找出了改进优化方案。　　(3)接着对拱形舱体结构的耐重物冲击能力和抗跌落能力进行了LS-DYNA动力学分析，得出了舱体冲击状态下的应力和变形分布情况，并对舱体的缓冲系统设计提出设计方案，分析了泡沫铝缓冲支撑对舱体的跌落缓冲作用;并对舱内着落缓冲方案做了探讨。　　(4)利用AUTODYN软件的欧拉-拉格朗日耦合算法对救生舱安放环境房间的燃气爆炸做了模拟，得出了房间内部压力流场历史和救生舱的合理安放位置，并得出房间内简化爆炸压力曲线，利用该曲线做了舱体整体模型的抗爆冲击分析，得到了舱体的模型的应力、变形响应云图，验证了舱体结构的抗爆能力。　　(5)最后分析了家用救生舱的热防护能力，并对其表层防火设计和隔热层设计做了深入探讨，并采用标准升温曲线对舱体的简化结构进行了瞬态热分析，对有无防火涂层，加强筋内置和外置几种情况分别做了分析，得出舱体内壁温度变化曲线，得出外置方案隔热性能更好，为家用救生舱隔热防护提供理论依据。　　综上所述，本文完成了家用救生舱的基本结构设计和舱体各种工况下的分析讨论，为家用救生舱的推广和改进做了大量工作。
作者：	王吉利
专业：	机械制造及其自动化
导师：	常德功
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛科技大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文