大型球阀结构优化设计及可靠性分析

发布时间：2017-05-08 13:11

  本文关键词：大型球阀结构优化设计及可靠性分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来，随着国民经济的不断发展、水电、石油化工等行业对高效、低成本大型球阀的需求越来越大，同时也对大型球阀的性能要求也越来越高。多年来对大口径球阀的结构优化只能依靠工程经验。活门及阀体作为大口径球阀承压主要部件，由于其结构复杂，会产生应力集中、变形不协调，从而导致球阀使用寿命降低并发生泄漏。因此，有必要采用先进的计算机辅助工程（Computer AidedEngineering，CAE）技术对大口径球阀活门及阀体的强度、刚度进行数值分析和优化设计，从而为大型球阀结构的改进提供了指导和依据。本文以某型号大型球阀活门及阀体为主要研究对象，运用大型有限元软件ANSYS对其进行有限元静力分析、结构优化、疲劳分析等。主要研究内容如下： 1.建立大口径球阀活门及阀体结构的有限元分析模型，，分析活门及阀体结构的强度与形变，得到了活门与阀体的等效应力的大小和分布，进而找出了结构的薄弱环节。 2.以活门及阀体的质量、刚度作为约束条件，最大应力、最大最大位移作为目标函数，以活门及阀体的基本尺寸作为设计变量，结合敏感性分析及Pareto多目标优化，获得了合理的加强筋结构尺寸和位置，改善球阀整体的应力分布，使其分布更加均匀，提高了球阀整体结构安全性和经济性。 3.对改进后的活门及阀体的结构进行可靠性分析，获得寿命、损伤、安全系数等可靠性参数，查找出容易产生疲劳失效的部位，并对大口径球阀的安全性进行了评估，结果表明改进后的活门及阀体在工作压力下是安全可靠的，满足设计要求。
【关键词】：大口径球阀 有限元法 结构分析 可靠性分析 多目标优化
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH134
【目录】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 课题背景9
• 1.2 研究目的和意义9-10
• 1.3 球阀概况10-15
• 1.3.1 球阀的简介10-13
• 1.3.2 球阀的分类和特征13-15
• 1.4 国内外研究的发展与现状15-19
• 1.4.1 CAE 技术的发展现状与趋势15-16
• 1.4.2 机构优化设计的发展16-17
• 1.4.3 国内外阀门 CAD/CAE 应用现状及发展17-18
• 1.4.4 多目标优化问题的发展概况18-19
• 1.5 课题研究的主要内容及方法19-20
• 第二章 大口径球阀活门有限元建模及强度分析20-36
• 2.1 大口径球阀活门模型的建立20-27
• 2.1.1 模型建立原则20-21
• 2.1.2 大口径球阀活门模型建立的基本步骤21-27
• 2.2 大口径球阀活门边界条件和载荷的确定27-29
• 2.3 额定压力下活门静力及位移分析29-30
• 2.4 试验压力下活门静力及位移分析30-31
• 2.5 结构优化后活门模型31-33
• 2.6 结构优化后活门静力及位移分析33-35
• 2.7 本章小结35-36
• 第三章 大口径球阀活门结构优化36-53
• 3.1 筋板优化参数的选择36-37
• 3.2 优化方法的选择及求解37-39
• 3.3 响应面参数分析39-47
• 3.3.1 参数的灵敏度分析39-40
• 3.3.2 参数对目标函数的影响40-47
• 3.4 目标驱动优化47-51
• 3.5 优化后的计算结果51-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第四章 大口径球阀阀体有限元建模及强度分析53-59
• 4.1 大口径球阀阀体模型的建立53-54
• 4.1.1 大口径球阀阀体几个模型的建立53
• 4.1.2 大口径球阀阀体有限元模型的建立53-54
• 4.2 大口径球阀活门边界条件和载荷的确定54-56
• 4.3 额定压力下阀体静力及位移分析56-57
• 4.4 试验压力下阀体静力及位移分析57-58
• 4.5 本章小结58-59
• 第五章 大口径球阀阀体结构优化59-72
• 5.1 大口径球阀阀体优化参数的选择59-60
• 5.2 响应面参数分析60-69
• 5.2.1 参数的灵敏度分析61
• 5.2.2 参数对目标函数的影响61-69
• 5.3 目标驱动优化69-70
• 5.4 优化后的计算结果70-71
• 5.5 本章小结71-72
• 第六章 大口径球阀的可靠性分析72-86
• 6.1 引言72
• 6.2 疲劳分析简介72-73
• 6.3 疲劳累计损伤理论73-74
• 6.3.1 Palmgren-Miner 线性累积损伤理论73
• 6.3.2 P Grover-Manson 双线性累积损伤理论73-74
• 6.3.3 非线性疲劳累积损伤理论74
• 6.4 疲劳分析方法74-75
• 6.4.1 名义应力法74
• 6.4.2 局部应力位移法74-75
• 6.4.3 场强法75
• 6.4.4 损伤容限法75
• 6.5 基于有限元的疲劳分析过程75-76
• 6.6 大口径球阀的疲劳分析76-85
• 6.6.1 导入有限元模型77-78
• 6.6.2 材料参数设定78-80
• 6.6.3 边界条件及载荷计算80
• 6.6.4 定义疲劳参数80-82
• 6.6.5 求解分析82-85
• 6.7 本章小结85-86
• 第七章 结论与展望86-88
• 7.1 结论86-87
• 7.2 未来工作展望87-88
• 参考文献88-91
• 致谢91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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