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礦井通風是維持礦井正常工作的前提，因此，通風機持續(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機正常、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，對其進行強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，當井下有瓦斯爆炸產(chǎn)生沖擊氣流時，防爆門彈起，起到降低氣壓的作用，保護風機不被沖壞；在需要返風時，搬動返風壓板，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。風壓和錐殼鋼板重力壓在雙角鋼形成的筋肋上，因此，對雙角鋼形成的筋肋強度進行分析尤為重要。把鋼板質(zhì)量，風壓加載到雙角鋼筋肋上，通過強度分析，推導(dǎo)出角鋼強度；并對雙角鋼筋肋進行基于ANSYS的靜力學(xué)仿真，強度分析結(jié)果驗證了分析方法的正確性。
由圖可知，因重物和負壓方向均垂直向下且均勻分布，通過簡化把施加在鋼板上的負壓和鋼板自身的質(zhì)量施加到雙角鋼上，再通過對雙角鋼的強度分式中：Po為礦井負風壓，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。重力和負壓的方向均為垂直向下且均勻分布。l為雙角鋼的長度，l=4.348m；S為鋼板面積，S=67.827m2；ab為兩點的直線距離，ab=0.28m；cd為兩點的直線距離，cd=3.85m。考慮到重力和負壓均為垂直向下且均布載荷，因此應(yīng)把兩個力疊加起來考慮，換算成對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，對其進行有限元網(wǎng)格劃分。為了減小計算量，在進行有限元網(wǎng)格劃分且不影響精度的前提下，為了簡化模型，可將一些倒角和螺紋孔忽略不計。該軸材質(zhì)采用Q235A，彈性模量E=2.12xe5 Pa，泊松比f=0.288；單元類型采用Solid185，采用6級精度進行網(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)力會相對集中，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)驗公式對防爆門進行力學(xué)強度計算和校核；(2)基于ANSYS的靜力學(xué)分析和計算方法的比較，使得結(jié)論更加有說服力；(3)可以為礦井通用化設(shè)計提供良好的理論基礎(chǔ)，為提高工程質(zhì)量、縮短工程時間提供理論依據(jù)。
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