桩机铝板翅式换热器焊接结构的仿真及优化
发布时间：2021-08-10 13:36
本文以桩机换热器为研究对象,针对换热器焊缝接头易疲劳开裂的问题,通过流固耦合分析方式,对换热器内部流体流动过程、换热器交变压力下疲劳强度进行研究,分析焊缝接头的失效原因以及易疲劳位置,并结合数值模拟结果对换热器封条焊接结构以及油室结构进行优化设计。本文主要研究工作以及成果如下:（1）通过Fluent对冷却介质的速度场,压力场进行了三维数值仿真,得到流体运动过程中的速度矢量图以及压力云图,从图中可知冷却介质对换热器内壁面压力载荷的峰值为1.97Mpa。（2）通过Ansys Static Structural仿真模块,结合Fluent流体仿真数据,对换热器弹塑性性能进行流固耦合分析,分析得到了换热器的总形变云图和等效应力云图。在此基础上结合材料S-N疲劳强度曲线以及时间载荷曲线,对换热器进行疲劳寿命分析和预测,得出结论为换热器的疲劳寿命的理论最低值为91896次循环,疲劳寿命最低点位于进油口油室内。（3）针对上述问题,提出了两个方面的改进建议,并通过仿真手段进行了合理性验证。针对封条焊接结构失效问题对其进行了优化性设计,通过拟合结构性能曲线探究封条承压能力最优尺寸结构。针对油室内压过高,导...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
液压桩机施工现场图
峁?恼?沸院陀呕?低车暮侠硇浴?作为冷却系统中最重要的一环，换热器的本质是热交换，将机械内的多余热量用冷却介质带出，然后经过二次热交换将冷却介质内的热量交换至外界环境，保障机械处于安全的使用温度。板翅式换热器体积紧凑，换热效率高，在桩机行业中使用广泛。换热器的好坏直接与桩机的使用寿命挂钩，桩机使用环境的多样性以及复杂性决定了换热器的使用条件非常恶劣，通常，桩机冷却系统中的换热器需要承受高低压交变循环冲击以及周期性的振动。如下图所示为换热器实际使用过程中常见的问题。图1.2换热器焊缝失效图1.3换热器局部变形换热器的设计过程由于换热器的生产周期长，而小批量生产的成本、时间及效率都对研发造成了不小的困难，近年来CAE技术的发展给予了研发人员另一种设计优化方式，目前CAE技术的计算精度越来越高，相比传统的试验，CAE结果更加一目了然，研发人员可以更具体的观察分析流场，给出更加合理的设计方案，提高换热器的耐久性以及可靠性，最终达到提高换热器工作效率及使用寿命的目的。本文使用流体数值模拟软件Fluent对桩机铝合金板翅式换热器内流体的流动特性以及传热特性进行流体仿真，获取内壁面所受压力载荷，通过流固耦合分析方式获取结构应力的分布，选取合适的应力分析方式结合载荷谱、材料特性曲线对换热器寿命进行预测。通过以上方式探索换热器内部易疲劳区域，对相关区域进行结构性优化设
验来验证热特性仿真结果的正确性和优化系统的合理性。作为冷却系统中最重要的一环，换热器的本质是热交换，将机械内的多余热量用冷却介质带出，然后经过二次热交换将冷却介质内的热量交换至外界环境，保障机械处于安全的使用温度。板翅式换热器体积紧凑，换热效率高，在桩机行业中使用广泛。换热器的好坏直接与桩机的使用寿命挂钩，桩机使用环境的多样性以及复杂性决定了换热器的使用条件非常恶劣，通常，桩机冷却系统中的换热器需要承受高低压交变循环冲击以及周期性的振动。如下图所示为换热器实际使用过程中常见的问题。图1.2换热器焊缝失效图1.3换热器局部变形换热器的设计过程由于换热器的生产周期长，而小批量生产的成本、时间及效率都对研发造成了不小的困难，近年来CAE技术的发展给予了研发人员另一种设计优化方式，目前CAE技术的计算精度越来越高，相比传统的试验，CAE结果更加一目了然，研发人员可以更具体的观察分析流场，给出更加合理的设计方案，提高换热器的耐久性以及可靠性，最终达到提高换热器工作效率及使用寿命的目的。本文使用流体数值模拟软件Fluent对桩机铝合金板翅式换热器内流体的流动特性以及传热特性进行流体仿真，获取内壁面所受压力载荷，通过流固耦合分析方式获取结构应力的分布，选取合适的应力分析方式结合载荷谱、材料特性曲线对换热器寿命进行预测。通过以上方式探索换热器内部易疲劳区域，对相关区域进行结构性优化设
【参考文献】：
期刊论文
[1]降温过程中LNG板翅结构应力耦合模拟[J]. 麻宏强,陈杰,蔡伟华,郑文科,姚杨,姜益强. 哈尔滨工业大学学报. 2015(06)
[2]板翅式换热器不同入口方式的气液分配抗倾斜性能对比[J]. 李焱,李玉星,胡其会,王武昌,季鹏,谢彬,喻西崇. 科学技术与工程. 2015(05)
[3]板翅式换热器S弯改进型封头的性能研究[J]. 王斯民,许世峰,王萌萌,薛玉兰,文键. 中国科技论文. 2014(09)
[4]平行板间边界层流体速度计算及差异分析[J]. 常青林. 中国海上油气. 2014(01)
[5]板翅式换热器封头挡板结构的优化[J]. 朱建鲁,季鹏,李玉星,王武昌,胡其会. 油气储运. 2014(02)
[6]机车大功率风冷散热器的国产化研究[J]. 赵志强. 铁道机车与动车. 2013(10)
[7]带有导流翼的板翅式换热器封头结构优化研究[J]. 王少华,文键,李亚梅,厉彦忠,王斯民. 化学工程. 2013(07)
[8]散热器空气侧百叶窗翅片结构参数优化[J]. 王任远,李建雄,吴金星. 流体机械. 2013(06)
[9]金属构件疲劳破坏机理探析[J]. 祝雯霞. 电子测试. 2013(09)
[10]多孔介质模型在板翅式换热器数值模拟中的应用[J]. 朱冬生,毛玮,蓝少健,张鸿声. 流体机械. 2012(04)
硕士论文
[1]600匹液压打桩机智能冷却系统的研究[D]. 高海兴.湘潭大学 2017
[2]汽车散热器疲劳性能研究[D]. 盛敏.武汉理工大学 2013
[3]基于FLUENT的某型号板翅式换热器的性能数值模拟及其结构优化[D]. 代中元.武汉理工大学 2013
[4]几种典型翅片传热及阻力特性的数值研究与分析[D]. 许伟.清华大学 2005
本文编号：3334158
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
液压桩机施工现场图
峁?恼?沸院陀呕?低车暮侠硇浴?作为冷却系统中最重要的一环，换热器的本质是热交换，将机械内的多余热量用冷却介质带出，然后经过二次热交换将冷却介质内的热量交换至外界环境，保障机械处于安全的使用温度。板翅式换热器体积紧凑，换热效率高，在桩机行业中使用广泛。换热器的好坏直接与桩机的使用寿命挂钩，桩机使用环境的多样性以及复杂性决定了换热器的使用条件非常恶劣，通常，桩机冷却系统中的换热器需要承受高低压交变循环冲击以及周期性的振动。如下图所示为换热器实际使用过程中常见的问题。图1.2换热器焊缝失效图1.3换热器局部变形换热器的设计过程由于换热器的生产周期长，而小批量生产的成本、时间及效率都对研发造成了不小的困难，近年来CAE技术的发展给予了研发人员另一种设计优化方式，目前CAE技术的计算精度越来越高，相比传统的试验，CAE结果更加一目了然，研发人员可以更具体的观察分析流场，给出更加合理的设计方案，提高换热器的耐久性以及可靠性，最终达到提高换热器工作效率及使用寿命的目的。本文使用流体数值模拟软件Fluent对桩机铝合金板翅式换热器内流体的流动特性以及传热特性进行流体仿真，获取内壁面所受压力载荷，通过流固耦合分析方式获取结构应力的分布，选取合适的应力分析方式结合载荷谱、材料特性曲线对换热器寿命进行预测。通过以上方式探索换热器内部易疲劳区域，对相关区域进行结构性优化设
验来验证热特性仿真结果的正确性和优化系统的合理性。作为冷却系统中最重要的一环，换热器的本质是热交换，将机械内的多余热量用冷却介质带出，然后经过二次热交换将冷却介质内的热量交换至外界环境，保障机械处于安全的使用温度。板翅式换热器体积紧凑，换热效率高，在桩机行业中使用广泛。换热器的好坏直接与桩机的使用寿命挂钩，桩机使用环境的多样性以及复杂性决定了换热器的使用条件非常恶劣，通常，桩机冷却系统中的换热器需要承受高低压交变循环冲击以及周期性的振动。如下图所示为换热器实际使用过程中常见的问题。图1.2换热器焊缝失效图1.3换热器局部变形换热器的设计过程由于换热器的生产周期长，而小批量生产的成本、时间及效率都对研发造成了不小的困难，近年来CAE技术的发展给予了研发人员另一种设计优化方式，目前CAE技术的计算精度越来越高，相比传统的试验，CAE结果更加一目了然，研发人员可以更具体的观察分析流场，给出更加合理的设计方案，提高换热器的耐久性以及可靠性，最终达到提高换热器工作效率及使用寿命的目的。本文使用流体数值模拟软件Fluent对桩机铝合金板翅式换热器内流体的流动特性以及传热特性进行流体仿真，获取内壁面所受压力载荷，通过流固耦合分析方式获取结构应力的分布，选取合适的应力分析方式结合载荷谱、材料特性曲线对换热器寿命进行预测。通过以上方式探索换热器内部易疲劳区域，对相关区域进行结构性优化设
【参考文献】：
期刊论文
[1]降温过程中LNG板翅结构应力耦合模拟[J]. 麻宏强,陈杰,蔡伟华,郑文科,姚杨,姜益强. 哈尔滨工业大学学报. 2015(06)
[2]板翅式换热器不同入口方式的气液分配抗倾斜性能对比[J]. 李焱,李玉星,胡其会,王武昌,季鹏,谢彬,喻西崇. 科学技术与工程. 2015(05)
[3]板翅式换热器S弯改进型封头的性能研究[J]. 王斯民,许世峰,王萌萌,薛玉兰,文键. 中国科技论文. 2014(09)
[4]平行板间边界层流体速度计算及差异分析[J]. 常青林. 中国海上油气. 2014(01)
[5]板翅式换热器封头挡板结构的优化[J]. 朱建鲁,季鹏,李玉星,王武昌,胡其会. 油气储运. 2014(02)
[6]机车大功率风冷散热器的国产化研究[J]. 赵志强. 铁道机车与动车. 2013(10)
[7]带有导流翼的板翅式换热器封头结构优化研究[J]. 王少华,文键,李亚梅,厉彦忠,王斯民. 化学工程. 2013(07)
[8]散热器空气侧百叶窗翅片结构参数优化[J]. 王任远,李建雄,吴金星. 流体机械. 2013(06)
[9]金属构件疲劳破坏机理探析[J]. 祝雯霞. 电子测试. 2013(09)
[10]多孔介质模型在板翅式换热器数值模拟中的应用[J]. 朱冬生,毛玮,蓝少健,张鸿声. 流体机械. 2012(04)
硕士论文
[1]600匹液压打桩机智能冷却系统的研究[D]. 高海兴.湘潭大学 2017
[2]汽车散热器疲劳性能研究[D]. 盛敏.武汉理工大学 2013
[3]基于FLUENT的某型号板翅式换热器的性能数值模拟及其结构优化[D]. 代中元.武汉理工大学 2013
[4]几种典型翅片传热及阻力特性的数值研究与分析[D]. 许伟.清华大学 2005
本文编号：3334158
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