波纹管挤压成型的有限元分析及形状优化

发布时间：2017-03-23 11:17

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【摘要】：波纹管是广泛应用于航空、机械、能源、船舶、运输等行业的提供位移补偿的元件,能够抵抗各方向变形,具有良好的抗弯曲、抗拉伸、抗压缩能力,对于振动、偏移、膨胀等各种工况都能进行良好的位移补偿。本文的研究对象是挤压成型波纹管,这种类型的波纹管制造简单、综合性能优良,广泛应用于上述行业。本文首先对挤压成型波纹管成型时和加载时的力学性能进行了有限元分析,分析结果表明波纹管模具的形状(基本决定了成型后波纹管的形状)对于波纹管成型后的残余应力具有较大影响。波纹管在实际使用中最常见的工作状态就是受静压力,在受内压下的最大Mises应力是评价波纹管综合性能的重要指标之一。本文通过对模具形状优化,使波纹管在受静压状态下的最大Mises应力值最小,给出了一组较为理想的模具形状参数,具有一定的工程借鉴意义。本文关于波纹管的有限元分析和形状优化使用了大型商用有限元软件ABAQUS和多学科集成优化分析系统Isight。本文共分为五部分,内容如下：第一章概述了波纹管的分类,行业标准规范,应用领域及研究的现状。第二章阐述了EJMA(美国膨胀节制造商协会)标准修订版的部分简化公式,并通过有限元分析对其中部分波纹管的计算公式进行了校核。第三章介绍了多层波纹管力学分析的有限元模型建立过程,包括几何建模,网格剖分,单元与材料选择以及接触条件设置等问题。第四章分析了波纹管成型及加载过程。成形过程中重点考虑了多层接触界面的接触滑移问题、残余应力以及模具形状对残余应力的影响规律。加载分析中重点对比了成型过程波纹管的应力状态与消除残余应力后的铠装波纹管加载时的应力分布,发现消除残余应力后铠装波纹管工作时的Mises最高应力值及应力分布区域明显小于成型过程中的相关应力。第五章运用了ABAQUS和lsight进行了联合仿真及形状优化,考虑了模具形状对于铠装波纹管静压状态下最大Mises应力的影响,给出了一组使静压状态下Mises应力最小的波纹管形状参数。
【关键词】：波纹管 成型 加载 形状优化 层间滑移
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG376;U175
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 波纹管介绍9-10
• 1.2 行业标准10-13
• 1.2.1 美国标准11
• 1.2.2 欧洲标准11-12
• 1.2.3 日本标准12-13
• 1.2.4 中国标准13
• 1.3 波纹管应用13-14
• 1.4 波纹管力学性能研究现状14-16
• 1.4.1 单层波纹管力学研究14-15
• 1.4.2 多层波纹管力学研究15-16
• 1.5 本文研究内容16-17
• 2 EJMA公式验证17-23
• 2.1 EJMA的环向膜应力计算的基本方法17-18
• 2.2 无加强环波纹管应力的有限元分析18-20
• 2.3 有加强环波纹管应力的有限元分析20-22
• 2.4 讨论22
• 2.5 推论22-23
• 3 多层S型波纹管有限元建模23-28
• 3.1 有限元模型23-26
• 3.2 边界条件26
• 3.3 接触属性26-27
• 3.4 网格划分27-28
• 4 多层S型波纹管成型过程分析28-38
• 4.1 轴对称模型有限元模拟28-33
• 4.2 模具形状对波纹管成型的影响33-36
• 4.3 成型过程滑移分析36-37
• 4.4 小结37-38
• 5 波纹管形状优化38-52
• 5.1 优化理论基础38-42
• 5.1.1 结构优化设计的基本概念38-39
• 5.1.2 优化算法39-42
• 5.2 静力分析42-44
• 5.3 lsight分析44-51
• 5.4 小结51-52
• 结论52-53
• 参考文献53-56
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况56-57
• 致谢57-58

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本文编号：263606