電纜中間接頭防爆盒徑向沖擊響應(yīng)研究

何嘉興　龐彪　覃煜　尹曠　方健　王紅斌

摘 要：應(yīng)用ANSYS Workbench建立了電纜中間接頭防爆盒有限元模型，對防爆盒殼體內(nèi)壁承受徑向沖擊的響應(yīng)及其影響因素進行仿真分析。結(jié)果表明：防爆盒殼體承受徑向沖擊時變形和應(yīng)力均集中在主體部分;防爆盒動力響應(yīng)參數(shù)（位移、速度、應(yīng)力、應(yīng)變）的最大值隨徑向沖擊峰值的增大和受沖擊力環(huán)面長度增加而增加，隨沖擊峰值持續(xù)時間的增大而先減小后基本保持穩(wěn)定。通過研究有望為防爆盒的優(yōu)化設(shè)計提供一定參考，有利于減少電纜起火爆炸事故影響。

關(guān)鍵詞：電纜中間接頭;防爆盒;動力響應(yīng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.144

1 引言

近年來電網(wǎng)電纜化程度日益增高，集中在狹小溝、井中的電纜易因故障引發(fā)火災(zāi)，其起火事故占年電氣火災(zāi)事故50%以上[1-2]。電纜中間接頭是電纜的薄弱環(huán)節(jié)，易起火爆炸對周邊的線路、設(shè)施造成傷害，需在其上安裝防火防爆盒。

本文采用ANSYS Workbench仿真電纜中間接頭防爆盒承受徑向沖擊響應(yīng)，分析徑向沖擊大小、時間、受力環(huán)面長度對防爆盒殼體變形的影響，旨在為防爆盒的優(yōu)化設(shè)計提供一定參考。

2 防爆盒仿真模型

將防爆盒結(jié)構(gòu)簡化為在法蘭面固定連接的兩片殼體，殼體截面如圖1所示，防爆盒殼體厚度為5mm。防爆盒材料選用玻璃鋼，參考玻璃鋼管道材料參數(shù)[2]，設(shè)置密度為1800kg/m3、剪切模量為4200MPa、泊松比為0.26。

進行瞬態(tài)仿真，采用實體單元模擬防爆盒殼體，在防爆盒內(nèi)壁中間取一定長度環(huán)面作為受力面，受力環(huán)面部分采用六面體網(wǎng)格劃分，其余部分采用四面體網(wǎng)格劃分。

3 仿真結(jié)果分析

3.1 參數(shù)影響性分析

3.1.1 受力環(huán)面長度的影響

保持徑向沖擊壓力峰值250MPa、峰值持續(xù)時間0.5ms不變的情況下，將受力環(huán)面長度從40mm增加到140mm。隨著受力環(huán)面長度的增加，防爆盒響應(yīng)參數(shù)極值變化曲線呈現(xiàn)相對一致性，表現(xiàn)為近似線性增長。其中最大位移從0.0258m增長到0.0591m，增長曲線最接近線性;最大應(yīng)力從3958MPa增加到6330MPa，最大應(yīng)變從0.376增加到0.598，兩者增長曲線較接近線性;最大速度從113m/s增加到216m/s，曲線變化相對其余參數(shù)更加復(fù)雜，但總體仍符合線性規(guī)律?？梢娛軓较驔_擊力環(huán)面長度對防爆盒變形有明顯的影響，受力環(huán)面長度越大，防爆盒變形越明顯。

3.1.2 徑向沖擊壓力峰值的影響

保持受力環(huán)面長度100mm、徑向沖擊力峰值持續(xù)時間0.5ms不變的情況下，將徑向沖擊壓力峰值從50MPa增加到350MPa。隨著壓力峰值的增加，防爆盒響應(yīng)參數(shù)極值變化曲線呈明顯的一致性，表現(xiàn)為隨壓力峰值線性增長。其中最大位移從0.0078m增加到0.0696m，最大應(yīng)力從1025MPa增加到7256MPa，最大應(yīng)變從0.098增加到0.686，最大速度從32m/s增加到235m/s?？梢姀较驔_擊壓力峰值對防爆盒變形有顯著影響，壓力峰值越大，防爆盒變形越明顯。

3.2 峰值持續(xù)時間的影響

保持受力環(huán)面長度100mm、徑向沖擊壓力峰值250MPa不變的情況下，將徑向沖擊壓力峰值持續(xù)時間從0.1ms增加到0.7ms。徑向沖擊峰值持續(xù)時間增加時防爆盒殼體最大位移、速度、應(yīng)力、應(yīng)變，隨著峰值持續(xù)時間的增加，防爆盒的最大位移、應(yīng)力、應(yīng)變曲線變化規(guī)律較一致，表現(xiàn)為先下降后趨于平緩;防爆盒的最大速度曲線變化則更復(fù)雜，但總體也呈下降趨勢。其中當(dāng)峰值持續(xù)時間從0.1ms增加到0.3ms，最大位移從0.0608m降低到0.0461m，最大應(yīng)力從6483MPa降低到5281MPa，最大應(yīng)變從0.613降低到0.499;當(dāng)峰值持續(xù)時間從0.3ms增加到0.7ms，最大位移緩慢變化到0.0451m，最大應(yīng)力緩慢變化到5101MPa，最大應(yīng)變緩慢變化到0.482;當(dāng)峰值持續(xù)時間從0.1ms增加到0.7ms，最大速度從574m/s降低到約150m/s。可見當(dāng)峰值持續(xù)時間小于0.3ms時，徑向沖擊峰值持續(xù)時間對防爆盒變形有明顯影響，隨峰值持續(xù)時間增加，防爆盒變形程度減小;當(dāng)峰值持續(xù)時間超過0.3ms，隨峰值持續(xù)時間增加，防爆盒變形程度保持不變，峰值持續(xù)時間影響不明顯。

4 結(jié)論

（1）防爆盒承受徑向沖擊力時變形和應(yīng)力分布集中在主體部分，切除變截面部分和端部對防爆盒受徑向沖擊力響應(yīng)無明顯影響。

（2）防爆盒殼體變形與受力環(huán)面長度、徑向沖擊壓力峰值近似呈線性正相關(guān)。隨著受力環(huán)面長度增加和徑向沖擊峰值增加，防爆盒殼體的最大位移、速度、應(yīng)力、應(yīng)變也會增加。

（3）當(dāng)徑向沖擊峰值持續(xù)時間小于0.3ms，防爆盒殼體的最大位移、速度、應(yīng)力、應(yīng)變會隨峰值持續(xù)時間增加而減小;當(dāng)峰值持續(xù)時間大于0.3ms，其對防爆盒變形的影響相對不明顯。

參考文獻：

[1]邸曼，厲劍，張明，趙長征，孟慶山，高偉，王連鐵.電氣火災(zāi)分析與防治策略的研究[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2008（01）：5-9.

[2]何潔，何勇.電線電纜起火原因的分析與防治[J].建筑與預(yù)算，2014（02）：46-48.

[2]胡哲.基于振動方法進行復(fù)合材料力學(xué)性能檢測的研究[D].武漢理工大學(xué)，2009.