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气相色谱仪柱箱门抗爆性能研究

作　者: 缪俊杰
导　师: 孟婥
学　校: 东华大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 有限元数值模拟气相色谱仪柱箱抗爆门结构分析爆炸冲击
分类号: X932
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

在工业过程中,特别是化工和石油化工生产中,可燃性气体得到广泛应用。由于装置设备本身的缺陷或人为因素常常会发生受限空间气体爆炸事故。因此,开展受限空间气体爆炸的研究及结构的抗爆分析,对于预防和控制此类事故具有重要的研究意义和实用价值。本文主要是针对Agilent公司某型号气相色谱仪柱箱箱门进行结构设计及抗爆分析。气相色谱仪(Gas Chromatograph)的色谱柱箱内存在着H2和空气混合气体泄漏的可能。为了提高GC的安全可靠性,从柱箱结构的抗爆性考虑,即使在发生爆炸,箱门也不会破裂、抛落,用户也不会受到伤害。对柱箱内爆炸载荷的特征进行分析,研究在爆炸载荷作用下材料响应特征、破坏模式和破坏准则。设计箱门的抗爆结构并进行有限元分析。本文采用数值仿真方法,通过PROE软件建立柱箱结构的三维模型,利用ANSYS软件进行有限元分析前处理,利用LS-DY-NA3D软件进行求解,利用任意拉格朗日欧拉ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)算法、炸药爆轰产物的JWL状态方程、流体介质的材料模型和状态方程等对柱箱门结构在爆炸载荷作用下的模型进行响应研究。通过比较实验数据和模拟数据,得出如下结论:(1)固体炸药在柱箱门处的模拟爆炸载荷近似反映出该处气体真实爆炸载荷的时间分布。(2)柱箱有限元模型仿真结果较好地估计了柱箱门结构在爆炸冲击作用下的真实响应。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-17
  1.1 课题背景及研究意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-15
    1.2.1 有限元分析方法研究  12-13
    1.2.2 爆炸载荷作用下的结构响应研究  13-15
  1.3 论文主要研究内容  15-17
第二章 GC柱箱抗爆门结构设计  17-25
  2.1 瞬态冲击下结构动力学特征  17-18
  2.2 柱箱内爆炸载荷研究  18-20
    2.2.1 载荷理论研究  18-19
    2.2.2 载荷实验数据  19-20
  2.3 柱箱门结构设计和三维建模  20-22
  2.4 柱箱门爆炸过程中受力分析  22-23
  2.5 抗爆结构破坏模式与破坏准则  23-24
    2.5.1 破坏模式及行为特征  23
    2.5.2 破坏准则  23-24
  2.6 本章小节  24-25
第三章有限元数值模拟分析  25-45
  3.1 问题的定义  25-26
  3.2 有限元模拟算法的选择  26-29
    3.2.1 显式算法和隐式算法的选择  26-27
    3.2.2 ALE、Lagrange、Euler算法的选择  27-28
    3.2.3 有限元数值模拟软件的选择  28-29
  3.3 有限元数值模拟流程  29-31
  3.4 有限元模型的建立  31-39
    3.4.1 箱门模型简化  31-32
    3.4.2 爆炸流体空间的建立  32-33
    3.4.3 模型沙漏能的控制  33-35
    3.4.4 时间积分步长的控制  35-37
    3.4.5 接触算法控制  37-38
    3.4.6 爆炸材料选择和状态方程参数的拟合  38-39
    3.4.7 关键字K文件编辑  39
  3.5 有限元模型的计算  39-43
    3.5.1 有限元模型的计算  39-40
    3.5.2 箱门变形结果分析  40-43
    3.5.3 门钩和门轴材料可行性的验证  43
  3.6 本章小节  43-45
第四章爆炸实验分析  45-48
  4.1 爆炸实验实况  45-46
  4.2 爆炸实验结果  46
  4.3 模拟结果评价  46-47
  4.4 本章小节  47-48
第五章总结与展望  48-50
  5.1 总结  48
  5.2 展望  48-50
参考文献  50-53
附录一关键字K文件  53-57
附录二学术论文发表目录  57-58
致谢  58

气相色谱仪柱箱门抗爆性能研究

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