大型膨胀节设计方法研究

发布时间：2017-04-08 20:35

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【摘要】：作为弹性变形补偿结构,膨胀节在航天航空、石化、电力、汽车和船舶等行业应用广泛。随着工业生产规模的扩大,波纹管膨胀节日趋大型化,结构亦日趋复杂化。对于膨胀节的这种发展趋势,现有的膨胀节设计标准需要不断更新和完善,膨胀节设计和分析手段也需要不断研究和实践。本论文利用有限元法对管道用Ω形波纹管膨胀节和单式及万向铰链型波纹管膨胀节进行分析,主要内容有：(1)本论文采用了常规设计和有限元分析两种方法对Ω形波纹管进行设计。常规设计参考GB/T12777-2008《金属波纹管膨胀节通用技术条件》标准；有限元法则借助ANSYS软件,采用PLANE 182轴对称单元建立波纹管分析模型。有限元分析得到的各项应力与常规设计结果比较一致。(2)分别采取应力分类法和极限载荷法对DN2200mm和DN5500mm两种单式铰链型膨胀节以及DN2200mm和DN6200mm两种万向铰链型膨胀节进行应力以及位移计算,并在极限载荷分析基础上,应用正交试验法对各设计实例进行轻量化分析和刚度增强设计。结果表明,极限载荷法更加适合大型铰链型膨胀节的设计。(3)利用ANSYS软件中的优化模块对Ω形波纹管的波距q、平均半径r,壁厚T以及开口外壁曲率半径r0四个主要波形参数进行了以波纹管质量为目标的优化设计。为实现内压和位移两种工况条件的同时优化,需要在一个有限元界面内建立两个独立的波纹管模型,分别施加这两种载荷。优化后波纹管的总质量减少了54.97%。(4)利用VB对ANSYS软件进行二次开发,编写出U形波纹管和Ω形波纹管自动化优化设计软件,实现波纹管的轻量化设计。
【关键词】：波纹管 有限元分析 刚度 极限载荷 优化设计
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH136
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 符号说明15-17
• 第一章 绪论17-25
• 1.1 课题研究背景17
• 1.2 概述17-21
• 1.2.1 膨胀节承力结构件介绍17-19
• 1.2.2 国内外膨胀节结构件设计标准19-21
• 1.3 波纹管膨胀节研究进展21-24
• 1.3.1 波纹管的强度研究21-22
• 1.3.2 刚度研究22
• 1.3.3 稳定性研究22-23
• 1.3.4 疲劳寿命研究23
• 1.3.5 振动研究23
• 1.3.6 材料研究23-24
• 1.4 本论文研究内容24-25
• 第二章 Ω形波纹管膨胀节有限元分析25-41
• 2.1 Ω形波纹管常规设计25-29
• 2.1.1 波纹管参数26
• 2.1.2 常规设计26-27
• 2.1.3 波纹管应力校核27-28
• 2.1.4 其他性能参数计算28-29
• 2.1.5 常规计算结果29
• 2.2 采用PLANE 182轴对称单元对Ω形波纹管进行有限元分析29-38
• 2.2.1 有限元模型的建立29-31
• 2.2.2 有限元分析载荷31
• 2.2.3 路径设置31-32
• 2.2.4 载荷、边界条件及计算结果32-37
• 2.2.5 有限元计算结果校核37-38
• 2.2.6 常规计算与有限元计算的比较38
• 2.3 本章小结38-41
• 第三章 单式铰链型膨胀节设计41-59
• 3.1 应力评定依据41-42
• 3.2 DN2200单式铰链型膨胀节轻量化设计42-49
• 3.2.1 DN2200单式铰链型膨胀节的常规设计42-43
• 3.2.2 以应力分类法的计算结果43-45
• 3.2.3 以极限载荷法的计算结果45-46
• 3.2.4 膨胀节轻量化设计46-49
• 3.3 DN5500单式铰链型膨胀节刚度增强设计49-56
• 3.3.1 设计条件49-50
• 3.3.2 以应力分类法的计算结果50-52
• 3.3.3 以极限载荷法的计算结果52-53
• 3.3.4 膨胀节刚度增强设计53-56
• 3.4 本章小结56-59
• 第四章 万向铰链型膨胀节刚度增强设计59-79
• 4.1 DN2200万向铰链型膨胀节刚度增强设计59-67
• 4.1.1 DN2200万向铰链型膨胀节的常规设计59-60
• 4.1.2 以应力分类法的计算结果60-62
• 4.1.3 以极限载荷法的计算结果62-63
• 4.1.4 膨胀节刚度增强设计63-67
• 4.2 DN6200万向铰链型膨胀节刚度增强设计67-75
• 4.2.1 DN6200万向铰链型膨胀节的常规设计67-68
• 4.2.2 以应力分类法的计算结果68-70
• 4.2.3 以极限载荷法的计算结果70-71
• 4.2.4 膨胀节刚度增强设计71-75
• 4.3 膨胀节总体位移对波纹管寿命的影响75-77
• 4.3.1 波纹管参数76
• 4.3.2 波纹管的应力校核比较76-77
• 4.4 本章小结77-79
• 第五章 波纹管优化设计与软件开发79-95
• 5.1 Ω形波纹管优化设计79-84
• 5.1.1 波纹管优化参数80
• 5.1.2 优化模型80-81
• 5.1.3 应力计算81-82
• 5.1.4 优化结果82-84
• 5.2 波纹管膨胀节自动化优化软件开发84-92
• 5.2.1 软件背景及编制原理84-85
• 5.2.2 波纹管自动化优化软件85-92
• 5.3 本章小结92-95
• 第六章 结论与建议95-97
• 6.1 结论95
• 6.2 后续研究建议95-97
• 参考文献97-101
• 致谢101-103
• 研究成果及发表的学术论文103-105
• 作者和导师简介105-106
• 附录106-107

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 邵以华;汪建羽;;催化裂化装置用特殊膨胀节的选材与设计[J];化工设备与管道;2009年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 钟云飞;在役直管压力平衡型膨胀节寿命评估技术研究[D];华东理工大学;2014年

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本文编号：293641