Ω形波纹管的设计理论与过程优化

发布时间：2017-05-10 14:17

  本文关键词：Ω形波纹管的设计理论与过程优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着Ω形波纹管的应用变得越来越广泛,对其设计标准和设计过程有了更高的要求。目前,在Q波纹管设计标准中,内压、位移工况下的研究已有很大进步,但是在外压或真空情况下还未形成权威性的结论；另外,在Q波纹管设计过程中,其计算量大、公式复杂、应力评定参数多,致使设计者在应力校核过程中比较费时,而且容易出现错误,严重影响了设计人员的工作效率。针对上述的两个问题,本文主要围绕着外压情况下Ω波纹管设计标准的优化改进和如何提高设计人员在应力校核过程的工作效率展开了以下工作。(1)研究了EJMA中对Q形波纹管计算标准。详细分析了R. Broyles提出的Ω波纹管在外压情况下的应力标准并对其标准进行了推导研究,提出该计算标准中子午向应力公式的修正系数有待优化。(2)建立了Ω形波纹管在外压情况下的数值模型,并利用实验验证了有限元模型的正确性。通过数值模拟,提出了Ω形波纹管影响子午向应力的重要参数为直径D、大圆环半径R、小圆环半径r。另外,在对比不同模型的应力集中时,发现到dR的值过大或过小会引起“边波效应”和应力集中位置增加,故推荐在设计时保证r/R在0.3-0.5之间。(3)确定了直径D、大小圆环比值r/R作为优化修正系数K的参数。建立了100组有限元数值模拟,对修正系数K进行了曲线拟合。通过对比数值发现,本文曲线拟合的修正系数K提高了计算的精确度,同时,也能够很好的弥补R. Broyles方法中未考虑直径对子午向弯曲应力的影响。(4)设计了“以用户为中心”的Q形波纹管计算标准软件。首先,通过计算机辅助设计对其功能进行了实现。然后,通过用户体验和迭代设计,对界面进行了优化设计和研究,提高了该程序的可用性。其中,在对界面布局的设计中,应用了眼动实验来对结果选择。最后,经QUIS调查分析,该软件有效地解决了工程师在设计校核工作中计算量大、工作效率低的问题,获得了用户较高的满意度。另外,根据前文提出的设计原则及用户需求的要求,本文对校核程序的手机APP进行了概念性的界面设计。本文所做的研究为外压情况下的Q形波纹管设计标准提供了改进优化,同时,设计的“以用户为中心”的软件提高了Ω形波纹管设计过程,具有一定的工程价值。
【关键词】：Ω波纹管 设计标准 有限元分析 设计优化 界面研究
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH122
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 研究背景10-11
• 1.1.1 波形膨胀节简介10-11
• 1.1.2 Ω形波纹管的发展11
• 1.1.3 Ω波形膨胀节的应用以及设计存在的问题11
• 1.2 波纹管的设计方法与标准11-13
• 1.2.1 波纹管的分析方法12
• 1.2.2 波纹管的设计标准12-13
• 1.3 国内外研究现状13-14
• 1.4 论文研究目的及意义14-15
• 1.5 论文研究内容15-17
• 第二章 Ω波纹管设计标准研究分析17-26
• 2.1 EJMA简介17
• 2.2 EJMA中Ω波纹管设计和评定标准17-23
• 2.2.1 Ω波纹管内压设计标准17-21
• 2.2.2 Ω波纹管位移应力计算21
• 2.2.3 Ω波纹管疲劳寿命计算21-22
• 2.2.4 Ω波纹管限制设计内压计算22
• 2.2.5 设计波纹管的应力评定标准22-23
• 2.3 Ω波纹管外压设计标准23-25
• 2.3.1 外压设计标准23
• 2.3.2 子午向薄膜应力的推导过程23-24
• 2.3.3 子午向弯曲应力的推导过程24
• 2.3.4 系数K的确定24-25
• 2.3.5 评定标准25
• 2.4 Ω波纹管设计标准的分析25
• 2.5 本章小结25-26
• 第三章 有限元分析重要参数在外压下对应力影响与实验验证26-38
• 3.1 有限元分析简介26-27
• 3.1.1 有限元分析26
• 3.1.2 Abaqus软件介绍26-27
• 3.2 有限元分析模型的建立27-29
• 3.2.1 三维模型的建立27
• 3.2.2 材料属性定义27
• 3.2.3 单元选择27-28
• 3.2.4 约束与加载28
• 3.2.5 网格划分28
• 3.2.6 结果分析28-29
• 3.3 实验验证有限元分析的正确性29-31
• 3.3.1 实验方案的设计29
• 3.3.2 强度效核29-30
• 3.3.3 应变片的位置30-31
• 3.3.4 实验内容31
• 3.4 实验数据与有限元数据的对比31-33
• 3.4.1 实体模型的几何尺寸测量31-32
• 3.4.2 有限元模型的说明32
• 3.4.3 实验数据与有限元数据的对比32-33
• 3.5 重要参数变化对应力的影响33-37
• 3.5.1 不同直径下大R变化对应力的影响33-35
• 3.5.2 不同直径下小r变化对应力的影响35-36
• 3.5.3 计算值与有限元对比36-37
• 3.6 本章小结37-38
• 第四章 子午向弯曲应力的修正系数优化改进38-47
• 4.1 修正系数和曲线拟合简介38
• 4.1.1 修正系数38
• 4.1.2 曲线拟合38
• 4.2 Ω形波纹管修正系数参数分析38-39
• 4.2.1 直径范围的确定39
• 4.2.2 大小圆环比值r/R范围的确定39
• 4.3 有限元分析39-41
• 4.4 修正系数K的计算41-43
• 4.5 曲线拟合43-45
• 4.5.1 拟合分析43-44
• 4.5.2 拟合结果44-45
• 4.6 数据对比验证45-46
• 4.7 本章小结46-47
• 第五章 Ω形波纹管设计标准的程序设计与界面研究47-64
• 5.1 计算机辅助设计47-49
• 5.1.1 计算机辅助设计47
• 5.1.2 设计标准的流程设计47-48
• 5.1.3 功能性实现48-49
• 5.2 界面设计研究49-50
• 5.2.1 界面设计49
• 5.2.2 图形用户界面(GUI)49-50
• 5.2.3 人机界面设计原则的提出50
• 5.3 以用户为中心的界面设计50-51
• 5.3.1 以用户为中心界面设计要求50
• 5.3.2 用户人群研究50
• 5.3.3 用户环境研究50-51
• 5.3.4 用户需求研究51
• 5.4 界面元素设计51-53
• 5.4.1 界面元素的设计51
• 5.4.2 图形符号51
• 5.4.3 文字51-52
• 5.4.4 色彩52
• 5.4.5 界面布局形式52-53
• 5.5 眼动实验对界面布局的确定53-55
• 5.5.1 眼动实验准备与设计53-54
• 5.5.2 结果分析54-55
• 5.6 以用户为中心的界面设计方案提出55-58
• 5.6.1 整体设计方案55-58
• 5.7 用户体验及评价58
• 5.8 迭代设计58-60
• 5.8.1 提高一致性58-59
• 5.8.2 提高可视性59
• 5.8.3 提高用户识别和诊断错误59-60
• 5.9 可用性评价60-61
• 5.9.1 调查问卷准备60
• 5.9.2 数据结果分析60-61
• 5.10 概念设计61-63
• 5.11 本章小结63-64
• 第六章 结论与展望64-66
• 6.1 全文总结64-65
• 6.2 研究展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-70
• 附录：关于Ω波纹管标准程序设计满意度的调查问卷70

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