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防爆门气相色谱仪GC柱箱结构的抗爆设计对提高仪器的使用性非常重要。采用数值仿真方法,对Agilent公司某型号气相色谱仪的柱箱门在爆炸载荷下的动力响应进行了研究。通过ANSYS软件建立柱箱结构的三维模型,利用LS-DYNA3D软件进行求解,利用任意拉格朗日欧拉ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)算法、炸 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了研究。结果表明:该仿真模型有效地估计了爆炸载荷下柱箱门的抗爆性能,为结构设计和优化提供了技术支持。
抗爆门是一种特殊结构,为了真实反映其受力破坏过程并评价其标准,应该充分考虑动力效应、弹塑性变形以及门与门框、门轴与轴承之间接触的影响.利用动力有限元软件LS-DYNA,对某系列抗爆门的破坏过程进行了动力仿真分析,并充分利用数值分析的优势,通过修改爆炸荷载的压力时程曲线,对各种不同工况下抗爆门的技术性能进行评估.
不改变抗爆门尺寸、材料属性等情况下，对抗爆门在折合距离为0.4时的位移、应力、应变、速度及能量作了分析，得到如下结论:(1)抗爆门的位移由于爆炸冲击荷载的作用时间较短、荷载峰值较大，抗爆门在爆炸冲击荷载作用消失后，由于惯性力的作用其位移继续沿着原来的运动方向增大，直到达到抗爆门的大位移。与理论计算得到的抗爆门的大位移2.7mm相比较，数值模拟得到的抗爆门节点的大位移为3.4mm，相差0.7mm，误差为20%，这说明数值分析得到的结果与理论计算得到的结果具有一致性。也能够说明建立的有限元模型所选单元和材料参数的正确性。(2)抗爆门的应力抗爆门的大应力首先出现在抗爆门的边缘附近节点上，然后随着抗爆门变形的增大，应力逐渐向抗爆门的中心发展。抗爆门上各节点的应力都表现出先增大后减小的现象。(3)抗爆门的应变由于爆炸冲击荷载的作用时间短，抗爆门在受到爆炸冲击荷载作用后，会发生回弹现象。抗爆门的应变时程曲线会连续出现先增大后减小的过程，后形成残余应变。爆炸冲击荷载作用的时间越短、荷载峰值越大，抗爆门的应变峰值越大、终形成的残余应变也越大。(4)抗爆门的速度爆炸初期抗爆门各特殊节点先出现向下的负速度，速度随着时间的增加而增大。负速度达到峰值后，开始减小，然后达到0，又增大到正速度的峰值，也呈现出往复振动的情况。抗爆门整体的速度均小于各特殊节点的速度，表明抗爆门的整体振动弱于特殊节点的振动。各特殊节点达到大速度的时刻与抗爆门整体速度达到大值的时刻基本吻合。(5)抗爆门的能量对于折合距离0.4时的爆炸冲击荷载作用，动能出现先增大后减小的现象，后动能为零。应变能和总能都出现先增大后减小，后稳定的现象。2、分别改变抗爆门的材料强度、抗爆门面板的厚度、钢龙骨、爆炸荷载峰值和作用时间等一系列参数，对抗爆门进行了有限元动力模拟。计算结果表明：虽然从计算结果上看抗爆门面板的厚度对抗爆门的力学性能影响大，工字钢龙骨的型号对抗爆门的力学性能影响较大，材料强度对抗爆门的力学性能影响小，但是从经济性的角度来考虑，采用较大型号的工字钢龙骨来提高抗爆门的抗变形性能得到的经济效益高，提高材料的强度来提高抗爆门的抗变形性能得到的经济效益较高，而采用增大抗爆门面板厚度来提高抗爆门的抗变形性能不够经济。钢结构抗爆门在爆炸冲击荷载作用下的动力响应及特点，各影响因素对抗爆门的影响大小，可以为抗爆门在爆炸冲击荷载作用下的动力响应特征和抗爆门的防爆设计的研究提供一些参考资料。
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