新型轻质防护密闭门门扇的设计与分析

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，传统全钥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。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 前言

1.1防护密闭门简介

1.2夹层结构

1.2.1夹层结构的形式及分类

1.2.2夹层结构的工作原理及优点

1.2.3夹层结构的强度理论

1.2.4夹层结构的平衡方程

1.2.5夹层结构的应变位移关系

1.2.6夹层结构本构方程

1.2.7本课题研究的目的和意义

1.2.8本课题研究的主要内容

第2章 门扇结构的稳定性

2.1稳定性的基本概念

2.1.1屈曲

2.2稳定性的基本理论和分析方法

2.2.1失稳判别准则

2.2.2工程中常用的计算方法简介

2.3层合板的失效判断准则

第3章 门扇结构的线性屈曲以及强度

3.1线性屈曲分析

3.2 ANSYS中的线性屈曲分析

3.3复合材料层合板强度

3.3.1层合板强度计算模型

3.3.2复合材料层合板强度的有限单元法

3.4门扇结构材料的选择

3.4.1面板选择

3.4.2芯材的选择

3.5面层结构的临界载荷计算

第4章 门扇结构的有限元分析

4.1 ANSYS简介

4.2有限元理论介绍

4.3结构的有限元模拟

4.3.1结构材料的参数

4.3.2单元选择

4.3.3门扇有限元模型的几何约束与载荷约束

4.3.4门扇的有限元模型

4.3.5有限元模拟结果与分析

4.3结论

第5章 夹层结构的试制

5.1材料设计

5.2原材料的性能及其选择

5.3手糊成型

第6章 结论

参考文献

致谢

硕士期间发表论文