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新型轻质防护密闭门门扇的设计与分析

杜志全  
【摘要】: 防护密闭门是人防工程出入口中最重要的防护设备,我国防护设备的研究与设计已经历四十多年,取得了丰硕的成果。但同时也存在许多不足,单就材料而言,应用比较广泛的仍旧是钢筋混凝土和普通钢材,这两种门扇材料分别存在着门体笨重和价格偏高的缺点。根据以往防护密闭门的设计理念,理想的防护门门扇材料应具有以下特点:轻质、高强、良好的抗冲击波能力、良好的韧性、良好的防碎片能力、价格低廉、材料易取等。 本文在此背景下,对防护密闭门门扇的结构分析与优化设计进行了研究。对门扇的结构稳定性以及结构的线性屈曲、强度进行了系统的研究,对防护密闭门的破坏原理进行了分析。采用了ANSYS作为分析软件,在已查文献的基础上,确定了门扇要能抵抗0.6MPa的压力,安全系数要达到4.0。合理地利用壳单元Shell99模拟复合材料的铺层,采用梁单元模拟加强筋,采用solid95模拟硬质聚氨酯泡沫。建立了四种有限元模型进行结构分析,主要是对泡沫个数以及相应的存在方式的分析,通过有限元分析,掌握不同结构下,门扇的应力分布规律和大小,以确定最终的门扇结构。在确定门扇结构的基础上,采用玻璃钢手糊工艺对门扇的结构进行了现场试制。 通过本文的研究工作,提出了防护密闭门门扇制作的结构方式与原料改进,并验证了其合理性,最终确定了,采用GFRP作为板材,硬质聚氨酯泡沫作为夹层设计的防护密闭门门扇重量为0.5t左右,传统全钢的防护密闭门门扇重量为4t左右,重量大幅度降低。通过有限元分析软件ANSYS优化门扇结构,获得门扇在静力作用下的应力、应变分布情况,以及模态和稳定性的特征,当夹芯结构为八块,并且泡沫之间为环氧树脂基复合材料为加强筋时,板材周边的等效应力介于0.35MPa-10.7MPa之间,中间部分的等效应力主要介于10.7MPa-41.9MPa,个别位置稍大,介于41.9MPa-93.8MPa,并且有越靠近加强筋,等效应力越大的趋势。且由于上、下蒙皮的等效应力要远小于其临界应力,所以此轻质防护密闭门在结构上还有较大的优化空间。


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