旋塞阀阀体的变形分析与结构优化

发布时间：2017-07-18 16:07

  本文关键词：旋塞阀阀体的变形分析与结构优化

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【摘要】：旋塞阀是一种在工业、农业等国民生产和生活中使用较早的阀门,随着我国工业的大力发展,油田开采、煤气、天然气、液化石油气的输送和储存生产规模也不断地发展壮大,迫切需要对旋塞阀密封提出更高的要求。但是,在生产设备和油气管线中,尤其是高压大口径旋塞阀,在设计和制造过程中,由于强度和刚度不能保证,工程中使用的旋塞阀不易密封,常常会出现“跑、冒、滴、漏”现象,甚至会发生燃烧、爆炸、中毒、烫伤等恶性事故。例如：石油气一旦泄漏,很容易引起火灾；氨气的逸散,是造成厂房爆炸的根源。 旋塞阀的用途与普通阀门的用途基本上没有大的区别,主要用来切断设备和管路的流通。旋塞阀处于关闭状态时,阀体出口端密封面受到介质压力的作用,加上阀体开孔对其结构造成的结构不连续以及对其强度削弱的影响,使得出口端密封面发生较大变形容易引起旋塞阀的密封泄漏。 本文以工程中常用的三通结构旋塞阀为例,根据旋塞阀的密封原理,对旋塞阀阀体进行变形和密封失效分析,通过简化旋塞阀阀体分析模型,推导了旋塞阀阀体应力计算公式,结合物理方程及几何方程,导出了阀体密封面变形计算公式,依据密封失效判据,判断阀体的强度和密封是否失效。同时,根据开孔补强设计,对密封失效的阀体进行加强设计,并推导了带有加强件的旋塞阀阀体应力和密封面变形计算公式。利用优化设计方法,采用C语言编程获得了最佳设计方案。为了验证理论分析和计算的合理性,本文采用ANSYS-Workbench有限元分析软件作为建模和分析平台,对公称通径DN200的三通结构旋塞阀应力分析及密封面变形分析进行了验证计算,为工程设计提供了理论参考依据。
【关键词】：旋塞阀 阀体密封面 强度变形 复合形法 结构优化 有限元模拟
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH134
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 插图索引11-12
• 附表索引12-13
• 第1章 绪论13-18
• 1.1 研究目的和意义13-14
• 1.1.1 研究目的13
• 1.1.2 研究意义13-14
• 1.2 旋塞阀的国内外研究现状14-16
• 1.2.1 国外发展现状14
• 1.2.2 国内发展现状14-16
• 1.3 论文主要研究内容16
• 1.4 论文主要的探索和创新点16-17
• 1.5 本章小结17-18
• 第2章 旋塞阀概述18-24
• 2.1 概述18
• 2.2 旋塞阀的特点18
• 2.3 旋塞阀的分类18
• 2.4 旋塞阀的结构18-23
• 2.5 旋塞阀的选用23
• 2.6 本章总结23-24
• 第3章 旋塞阀密封失效分析24-30
• 3.1 旋塞阀的密封原理24
• 3.2 旋塞阀密封失效分析24
• 3.3 阀体应力分析24-28
• 3.3.1 阀体开孔对强度的影响25
• 3.3.2 圆筒容器小开孔应力分析25-26
• 3.3.3 阀体应力计算26-28
• 3.4 密封面变形分析28
• 3.5 本章小结28-30
• 第4章 结构优化30-43
• 4.1 概述30
• 4.2 阀体补强方法30
• 4.3 优化方法的定义30
• 4.4 最优化问题数学模型30-31
• 4.5 机械优化设计数学模型的建立31-32
• 4.5.1 设计变量31
• 4.5.2 约束条件31-32
• 4.5.3 目标函数32
• 4.6 旋塞阀加强件优化设计数学描述32-35
• 4.6.1 设计变量32-33
• 4.6.2 性能约束33-34
• 4.6.2.1 阀体应力33-34
• 4.6.2.2 密封面变形34
• 4.6.3 边界约束34-35
• 4.6.4 目标函数35
• 4.7 约束优化方法概述35-36
• 4.8 优化设计方法的选择36-42
• 4.8.1 随机方向法37-38
• 4.8.2 可行方向法38
• 4.8.3 惩罚函数法38-39
• 4.8.4 增广乘子法39
• 4.8.5 线性逼近方法39-40
• 4.8.6 结构优化法40-41
• 4.8.7 复合形法41-42
• 4.9 本章小结42-43
• 第5章 实例分析43-55
• 5.1 基本参数43
• 5.2 原结构阀体应力及变形分析43
• 5.3 旋塞阀有限元分析43-48
• 5.3.1 有限元法的基本思想43-44
• 5.3.2 有限元分析与ANSYS Workbench44
• 5.3.3 旋塞阀阀体有限元几何模型的简化44
• 5.3.4 旋塞阀阀体有限元几何模型的建立44-45
• 5.3.5 网格划分45-46
• 5.3.6 约束及载荷46
• 5.3.7 原结构旋塞阀阀体的应力分析46-47
• 5.3.8 原结构旋塞阀阀体的变形分析47-48
• 5.4 补强后的性能约束及目标函数计算48
• 5.5 补强后的旋塞阀阀体应力分析48-49
• 5.6 补强后的旋塞阀阀体变形分析49
• 5.7 加强圈及加强筋结构参数优化49-51
• 5.8 优化补强后的性能约束及目标函数计算51
• 5.9 优化补强后的旋塞阀阀体应力分析51-52
• 5.10 优化补强后的旋塞阀阀体变形分析52-53
• 5.11 性能约束及目标函数对比分析53
• 5.12 本章小结53-55
• 结论与展望55-57
• 参考文献57-60
• 致谢60-61
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：558541