大口径闸阀阀体结构优化与可靠性分析
发布时间：2022-10-11 11:03
大口径闸阀（公称通径为350-1200mm）在供水和工业管道上被广泛应用。阀体作为闸阀主要零件之一,其结构型式及参数对阀门总体性能有重要的影响。由于大口径闸阀阀体受到结构长度的限制,其容纳闸板的内腔通常为扁圆形或椭圆形的异形容器,很难用理论公式对其进行结构分析,结构优化也人多依靠工程经验。因此,如何采用先进的计算机辅助工程（Computer Aided Engineering,CAE）技术对大口径阀体结构的强度、刚度性能进行数值分析和优化设计,并对阀体结构进行可靠性评估,进而为该类结构的改进提供依据和指导,己成为业内共同关注的课题。 本文以某厂大口径闸阀阀体为主要研究对象,运用CAE技术对其进行静力有限元分析,以及结构优化和可靠性研究。研究内容概述如下: 1.以ANSYS Workbench Environment（AWE）协同优化分析平台为工具,建立大口径闸阀阀体的参数化模型,基于整体结构设定边界条件,按照实际工况和试验工况分别施加载荷,对阀体的强度、刚度进行了有限元分析,研究阀体等效应力的大小和分布状况。 2.从安全、经济的角度,以阀体质量、刚度约束条...
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
插图索引
附表索引
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 研究目的和意义
1.3 闸阀概况
1.3.1 闸阀的简介
1.3.2 闸阀的分类和特性
1.4 国内外研究的发展与现状
1.4.1 CAE 技术的发展现状与趋势
1.4.2 结构优化技术的发展
1.4.3 结构可靠性分析的研究概况
1.4.4 国内外阀门 CAD/CAE 技术现状
1.5 课题研究的主要内容及创新点
1.5.1 课题研究的主要内容
1.5.2 课题的创新点
第2章 大口径闸阀阀体结构的静力分析
2.1 概述
2.2 CAE 软件 ANSYS-Workbench 及有限元方法的简介
2.2.1 ANSYS-Workbench 的仿真分析环境
2.2.2 有限元方法的基本理论
2.3 材料的强度理论
2.3.1 最大主应力理论(第一强度理论)
2.3.2 最大伸长线应变理论(第二强度理论)
2.3.3 最大切应力理论(第三强度理论)
2.3.4 形状改变比能理论(第四强度理论)
2.4 阀体受力理论分析
2.5 阀体材料特性
2.6 阀体参数化模型的建立
2.6.1 阀体有限元模型的简化原则
2.6.2 ANSYS-Workbench 中闸阀阀体有限元模型
2.6.3 仿真环境的设置
2.7 有限元模型网格划分
2.7.1 有限元模型网格划分的原则
2.7.2 单元的选择
2.7.3 网格划分后的有限元模型
2.8 阀体边界条件和载荷的确定
2.8.1 约束条件的确定
2.8.2 载荷条件的确定
2.9 阀体的静力有限元分析
2.9.1 试验压力下阀体的刚度有限元分析
2.9.2 试验压力下阀体的应力有限元分析
2.10 本章小结
第3章 大口径闸阀阀体结构的优化设计
3.1 引言
3.2 结构形状优化设计方法简介
3.2.1 最优化问题的提出和基本概念
3.2.2 最优化问题的分类
3.2.3 结构形状优化设计的方法
3.3 CAE 软件 ANSYS-Workbench 的优化设计方法
3.3.1 基于 CAE 的结构优化步骤和流程
3.3.2 ANSYS-Workbench 优化模块求解步骤
3.4 阀体结构的优化
3.4.1 结构设计参数的选择
3.4.2 目标函数的选择
3.4.3 状态变量的选择
3.4.4 设计变量的选择
3.4.5 优化方法的选择
3.4.6 设计参数对阀体最大等效应力的影响
3.4.7 应力强度设计空间与灵敏度分析
3.4.8 优化结果及分析
3.5 改进意见
3.6 本章小结
第4章 随机有限元的结构可靠性分析方法简介
4.1 引言
4.2 结构可靠性
4.2.1 结构可靠性的基本概念
4.2.2 结构可靠性的分析原理
4.3 结构可靠性的分析方法
4.3.1 干涉面积法
4.3.2 一次二阶矩法
4.3.3 JC 方法
4.3.4 响应面法
4.3.5 蒙特卡洛法
4.4 随机有限元的蒙特卡罗法
4.5 基于 ANSYS 软件的可靠性分析
4.5.1 ANSYS 的蒙特卡罗法
4.5.2 ANSYS 可靠性分析步骤
4.6 本章小结
第5章 大口径闸阀阀体的强度可靠性分析
5.1 引言
5.2 问题描述
5.3 设计变量参数的选取与设定
5.3.1 设计变量的选取
5.3.2 变量参数的设定
5.4 阀体强度可靠性的理论依据
5.5 强度可靠性分析
5.5.1 有限元分析
5.5.2 可靠性分析
5.6 阀体结构可靠性结果分析
5.6.1 统计结果分析
5.6.2 趋势结果分析
5.7 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 全文总结
6.2 未来工作展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]大口径闸阀阀体强度分析与结构优化[J]. 俞树荣,宋伟,霍炬,张希恒. 兰州理工大学学报. 2007(05)
[2]阀门用波纹管的应力分析[J]. 巫宗萍,徐兵,羊海涛. 润滑与密封. 2006(11)
[3]阀体受力与强度计算公式的理论依据[J]. 付青林. 阀门. 2006(04)
[4]大口径球阀的阀体设计和三维数值模拟[J]. 庞明军,张锁龙,裴峻峰,殷舜时,邓学风,秦志坚. 化工机械. 2005(06)
[5]基于UG的闸阀CAE[J]. 高平,孙江宏. 河北工业科技. 2005(02)
[6]井口阀体有限元计算与简化计算的比较[J]. 周思柱,袁新梅,罗颖萍. 石油天然气学报(江汉石油学院学报). 2005(02)
[7]CAE技术及其在阀门制造业中的应用[J]. 李秀峰,陈宗华. 石油和化工设备. 2005(02)
[8]低温阀门闸板应力场的数值计算及分析[J]. 李秀峰,陈宗华. 化工机械. 2005(01)
[9]二阶二次矩可靠性指标[J]. 赵维涛,安伟光,严心池. 哈尔滨工程大学学报. 2004(02)
[10]弹性楔式闸阀阀体应力及位移分析[J]. 李军业. 阀门. 2003(01)
硕士论文
[1]重型特种车车架强度分析及其轻量化问题研究[D]. 王皎.武汉理工大学 2005
[2]阀门三维参数化建模与仿真分析[D]. 余龙.兰州理工大学 2005
[3]基于VB和数据库技术的阀门三维设计及试验仿真系统的研究[D]. 刘世辉.兰州理工大学 2005
本文编号：3690458
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
插图索引
附表索引
第1章 绪论
1.1 课题背景
1.2 研究目的和意义
1.3 闸阀概况
1.3.1 闸阀的简介
1.3.2 闸阀的分类和特性
1.4 国内外研究的发展与现状
1.4.1 CAE 技术的发展现状与趋势
1.4.2 结构优化技术的发展
1.4.3 结构可靠性分析的研究概况
1.4.4 国内外阀门 CAD/CAE 技术现状
1.5 课题研究的主要内容及创新点
1.5.1 课题研究的主要内容
1.5.2 课题的创新点
第2章 大口径闸阀阀体结构的静力分析
2.1 概述
2.2 CAE 软件 ANSYS-Workbench 及有限元方法的简介
2.2.1 ANSYS-Workbench 的仿真分析环境
2.2.2 有限元方法的基本理论
2.3 材料的强度理论
2.3.1 最大主应力理论(第一强度理论)
2.3.2 最大伸长线应变理论(第二强度理论)
2.3.3 最大切应力理论(第三强度理论)
2.3.4 形状改变比能理论(第四强度理论)
2.4 阀体受力理论分析
2.5 阀体材料特性
2.6 阀体参数化模型的建立
2.6.1 阀体有限元模型的简化原则
2.6.2 ANSYS-Workbench 中闸阀阀体有限元模型
2.6.3 仿真环境的设置
2.7 有限元模型网格划分
2.7.1 有限元模型网格划分的原则
2.7.2 单元的选择
2.7.3 网格划分后的有限元模型
2.8 阀体边界条件和载荷的确定
2.8.1 约束条件的确定
2.8.2 载荷条件的确定
2.9 阀体的静力有限元分析
2.9.1 试验压力下阀体的刚度有限元分析
2.9.2 试验压力下阀体的应力有限元分析
2.10 本章小结
第3章 大口径闸阀阀体结构的优化设计
3.1 引言
3.2 结构形状优化设计方法简介
3.2.1 最优化问题的提出和基本概念
3.2.2 最优化问题的分类
3.2.3 结构形状优化设计的方法
3.3 CAE 软件 ANSYS-Workbench 的优化设计方法
3.3.1 基于 CAE 的结构优化步骤和流程
3.3.2 ANSYS-Workbench 优化模块求解步骤
3.4 阀体结构的优化
3.4.1 结构设计参数的选择
3.4.2 目标函数的选择
3.4.3 状态变量的选择
3.4.4 设计变量的选择
3.4.5 优化方法的选择
3.4.6 设计参数对阀体最大等效应力的影响
3.4.7 应力强度设计空间与灵敏度分析
3.4.8 优化结果及分析
3.5 改进意见
3.6 本章小结
第4章 随机有限元的结构可靠性分析方法简介
4.1 引言
4.2 结构可靠性
4.2.1 结构可靠性的基本概念
4.2.2 结构可靠性的分析原理
4.3 结构可靠性的分析方法
4.3.1 干涉面积法
4.3.2 一次二阶矩法
4.3.3 JC 方法
4.3.4 响应面法
4.3.5 蒙特卡洛法
4.4 随机有限元的蒙特卡罗法
4.5 基于 ANSYS 软件的可靠性分析
4.5.1 ANSYS 的蒙特卡罗法
4.5.2 ANSYS 可靠性分析步骤
4.6 本章小结
第5章 大口径闸阀阀体的强度可靠性分析
5.1 引言
5.2 问题描述
5.3 设计变量参数的选取与设定
5.3.1 设计变量的选取
5.3.2 变量参数的设定
5.4 阀体强度可靠性的理论依据
5.5 强度可靠性分析
5.5.1 有限元分析
5.5.2 可靠性分析
5.6 阀体结构可靠性结果分析
5.6.1 统计结果分析
5.6.2 趋势结果分析
5.7 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 全文总结
6.2 未来工作展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]大口径闸阀阀体强度分析与结构优化[J]. 俞树荣,宋伟,霍炬,张希恒. 兰州理工大学学报. 2007(05)
[2]阀门用波纹管的应力分析[J]. 巫宗萍,徐兵,羊海涛. 润滑与密封. 2006(11)
[3]阀体受力与强度计算公式的理论依据[J]. 付青林. 阀门. 2006(04)
[4]大口径球阀的阀体设计和三维数值模拟[J]. 庞明军,张锁龙,裴峻峰,殷舜时,邓学风,秦志坚. 化工机械. 2005(06)
[5]基于UG的闸阀CAE[J]. 高平,孙江宏. 河北工业科技. 2005(02)
[6]井口阀体有限元计算与简化计算的比较[J]. 周思柱,袁新梅,罗颖萍. 石油天然气学报(江汉石油学院学报). 2005(02)
[7]CAE技术及其在阀门制造业中的应用[J]. 李秀峰,陈宗华. 石油和化工设备. 2005(02)
[8]低温阀门闸板应力场的数值计算及分析[J]. 李秀峰,陈宗华. 化工机械. 2005(01)
[9]二阶二次矩可靠性指标[J]. 赵维涛,安伟光,严心池. 哈尔滨工程大学学报. 2004(02)
[10]弹性楔式闸阀阀体应力及位移分析[J]. 李军业. 阀门. 2003(01)
硕士论文
[1]重型特种车车架强度分析及其轻量化问题研究[D]. 王皎.武汉理工大学 2005
[2]阀门三维参数化建模与仿真分析[D]. 余龙.兰州理工大学 2005
[3]基于VB和数据库技术的阀门三维设计及试验仿真系统的研究[D]. 刘世辉.兰州理工大学 2005
本文编号：3690458
本文链接：https://www.wllwen.com/jixiegongchenglunwen/3690458.html
