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非金属抑爆球优化设计及抑爆性研究
| 论文题名： | 非金属抑爆球优化设计及抑爆性研究 |
| 关键词： | 汽车油箱;非金属抑爆球;优化设计;抑爆性 |
| 摘要： | 中国的现代化程度随着时代发展在不断推进，对交通安全提出了要求，迫切需要对车辆油箱防爆进行研究。阐述了国内外对阻隔抑爆材料的研究进展，在最新的非金属球形抑爆材料领域开展研究，设计了一种非金属抑爆球，选择注塑工艺生产并确定基材为尼龙6，添加碳元素和磷元素对其进行改性处理，使其导电性、导热能力、强度等满足油箱抑爆材料要求。对设计的非金属抑爆球进行激波管抑爆仿真计算，分析了非金属抑爆球的抑爆性能，并进行了强度计算分析；模拟油箱填充非金属抑爆球，计算置换率、滞留率，得到有效容积降低率小于6%；拓扑优化设计非金属抑爆球结构，对优化后的模型进行相同的性能分析，对比得出优化后的非金属抑爆球使激波管抑爆仿真的最高压力降低59%，优于原模型的50%，优化后模型有效容积降低率也比原模型降低11.15%，故优化后模型各方面性能较原模型有所提升。 针对非金属抑爆球注塑过程存在锁模力过大，且注塑成品隔片的体积收缩率对非金属抑爆球性能影响较大的问题，选择注塑过程中对二者影响较大的注塑工艺参数进行多目标优化设计，建立了非金属抑爆球一模八腔仿真分析的有限元模型，并基于注塑试验对模型进行了验证；仿真分析得到最大锁模力和隔片的体积收缩率对成型质量影响较大但相互冲突，将其作为优化目标，以五种注塑参数作为影响因素，应用最优拉丁超立方抽样法和不同阶响应面模型建立两者间的数学关系，通过计算复相关系数得到四阶响应面模型精度最高并作为代理模型；利用自适应模拟退火算法(ASA)对代理模型自主寻优，得到满足注塑质量要求时的最优工艺参数组合，提高了非金属抑爆球的生产效率。优化后最大锁模力为53.55t，比优化前降低12.15%；优化后隔片的体积收缩率为4.449%，比优化前降低20.04%，证明提出的优化方法效果显著，同时提高了非金属抑爆球成型质量。 对两种非金属抑爆球结构进行有效容积降低率测试，验证了模型阶段计算结果。将两种非金属抑爆球填充入自行设计的定容燃烧弹中，丙烷和空气预混，初始压力3bar、当量比为1.5的工况下，点燃记录定容弹内压力，分析抑爆性能，得到填充非金属抑爆球后定容弹内压力下降近29.41%，且优化后的非金属抑爆球压力上升更加缓慢，抑爆性能更优。在定容弹内分别填充密度为21.9kg/m3、38.4kg/m3和45.1kg/m3的原模型非金属抑爆球后进行试验，得出随着填充密度增加，对定容弹内最高压力降低效果越好，抑爆性能越优。 |
| 作者： | 周天意 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 邬斌扬 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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