煤礦井下作業(yè)經(jīng)常發(fā)生瓦斯、煤塵爆炸，產(chǎn)生大量一氧化碳等有毒氣體，直接造成安全事故[1]。礦用防爆耐壓密閉門（簡稱防爆門）是規(guī)避事故的重要安全裝備，其抗爆性能已成為煤礦井下生產(chǎn)裝備的研究熱點(diǎn)之一，對提升我國煤礦安全生產(chǎn)保障水平等具有重要意義[2]。
在抗爆性能研究方面，Katherine A[3]提出了一種分析救生艙的抗爆性能的數(shù)值計(jì)算方法，通過將爆炸的動(dòng)載荷轉(zhuǎn)化為靜載荷的方式，均勻加載到救生艙的艙體上，并進(jìn)行艙體結(jié)構(gòu)的抗爆性能研究。Houf W G等[4]深入研究了瓦斯爆炸后艙體的變形情況，揭示了在瓦斯沖擊波作用下艙體的變形規(guī)律。劉建英等[5]將泡沫鋁夾芯板材料作為艙門，通過加強(qiáng)筋的固定作用強(qiáng)化艙體，通過數(shù)值計(jì)算了移動(dòng)式救生艙的強(qiáng)度要求與安全系數(shù)。宋勝偉等[6]采用ANSYS仿真軟件模擬艙體內(nèi)的自動(dòng)隔離門不同外界環(huán)境下的應(yīng)力應(yīng)變情況。吳廣明等[7]通過LS-DYNA有限元軟件仿真研究了艙室內(nèi)在爆載荷作用下鋪設(shè)凱夫拉防護(hù)材料發(fā)生的動(dòng)態(tài)響應(yīng)規(guī)律，建立了動(dòng)態(tài)響應(yīng)的有限元模型及艦艇艙室結(jié)構(gòu)模型。王文娟等[8]在有限元方法的基礎(chǔ)上通過結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的方式系統(tǒng)研究了煤礦的避難硐室中的密閉門在爆炸載荷作用下的受力及變形情況。
本文針對防爆門的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)模型，采用顯式非線性動(dòng)力分析方法，通過建立有限元仿真模型，數(shù)值分析防爆門抗爆性能響應(yīng)。
1. 防爆門的設(shè)計(jì)要求及結(jié)構(gòu)模型
在實(shí)際應(yīng)用中，防爆門采用一種整體式的應(yīng)用結(jié)構(gòu)，門體為密閉式，防爆門的門體結(jié)構(gòu)如圖1所示。防爆門的門體為矩形結(jié)構(gòu)，寬1120 mm，高2120 mm；防爆門的鉸鏈聯(lián)接板是門體的聯(lián)接零件，長60 mm，厚225 mm；防爆門的門扇厚約200 mm，并且門扇的邊緣安裝有耐高溫的密封條；防爆門門體的內(nèi)腔尺寸約為1000 mm×2000 mm，防爆門門體的內(nèi)腔四角具有圓形外觀；加強(qiáng)筋是防爆門上關(guān)鍵的固定件，排布在門體的門扇內(nèi)腔中。防爆門的主要聯(lián)接材料是Q345鋼，門體結(jié)構(gòu)主要由Q345鋼的扁條焊接而成，門體中間及門框均采用Q345鋼的扁條聯(lián)接。
