高压通海阀结构设计及参数优化研究

发布时间：2017-09-08 19:41

  本文关键词：高压通海阀结构设计及参数优化研究

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【摘要】：通海阀是潜器控制系统的重要执行部件，对潜器安全起着关键性的作用。随着潜器下潜深度的加大，高压通海阀的结构设计、性能优化、可靠性等日益成为国内外研究的重要课题。本文主要研究一种新型高压通海阀，此通海阀采用半平衡结构，比较好的解决了深海高压状态下阀门开闭困难的问题。采取电动手动切换形式控制阀门，能够实现高压工作和自动控制的目的。 本文介绍了高压通海阀的工作特点及相关阀门国内外发展现状。根据高压通海阀工作特点与性能要求确定高压通海阀的总体结构方案，并着重阐述了半平衡结构原理及其在本文中的应用。充分考虑该阀门工作环境，恰当的选取材料，合理设计该阀门的主要零部件，完成总结构图。 利用ANSYS Workbench等软件，对阀门不同工作状态下受力情况进行了分析。研究了该阀门各种工况下阀体承载状态，确保了阀门的刚度、强度满足要求。利用CFX软件对阀门不同开度状态进行水冲击模拟，根据模拟结果再进行了有预应力的模态分析，验证了阀门在各种开度下不会产生共振现象。 针对阀盖进行了拓扑优化，找出了可剔除的部位，并进行相应的减重处理。对于局部具体尺寸在拓扑优化的基础上再进行了目标参数优化，使得目标尺寸达到最优。上述处理，不仅使阀门机械性能符合要求，也使其重量和结构尺寸得到了优化。 根据高压通海阀可靠性要求及试验出现的失效样本少的特点，研究了相关的可靠性评估与计算方法，设计了试验大纲和实验步骤，，并对试验数据进行了分析计算，得出了可靠性评估。
【关键词】：通海阀 高压 半平衡 模态分析 拓扑优化
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH134
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目录8-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题背景及来源10-11
• 1.1.1 课题研究背景10
• 1.1.2 课题来源及研究目的10-11
• 1.2 高压通海阀的特点及其国内外现状11-15
• 1.2.1 高压通海阀的特点11-12
• 1.2.2 国外研究现状12-13
• 1.2.3 国内研究现状13-15
• 1.3 阀门设计辅助研究方法15
• 1.4 本论文研究内容15-17
• 第2章 高压通海阀总体方案研究17-32
• 2.1 引言17
• 2.2 高压通海阀工作过程17-18
• 2.3 高压通海阀总体设计需求分析18-19
• 2.4 总体设计方案的确定19-31
• 2.4.1 确定平衡结构19-20
• 2.4.2 确定基本尺寸20-21
• 2.4.3 重要部件材料的选择21-22
• 2.4.4 主要零部件的设计22-27
• 2.4.5 驱动系统设计27-28
• 2.4.6 总体结构工作说明28-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 高压通海阀分析计算32-53
• 3.1 引言32
• 3.2 高压通海阀受力分析32-38
• 3.3 阀门关闭瞬间阀体受力分析38-42
• 3.3.1 有限元模型的建立39-40
• 3.3.2 约束及载荷施加40
• 3.3.3 结果分析40-42
• 3.4 开阀水流对阀盘及活塞冲击力模拟42-47
• 3.4.1 流体分析基本模型42-44
• 3.4.2 流体动力分析44-47
• 3.5 阀门有预应力的模态分析47-52
• 3.5.1 预应力模态理论47-48
• 3.5.2 设置参数并分析结果48-52
• 3.6 本章小结52-53
• 第4章 阀盖参数优化设计53-66
• 4.1 引言53
• 4.2 结构优化简介及在优化过程中的应用53-55
• 4.2.1 AWE 简介53-54
• 4.2.2 AWE 基础理论在本文中的应用54-55
• 4.3 阀盖拓扑优化分析55-59
• 4.3.1 阀盖拓扑优化流程56-57
• 4.3.2 拓扑优化结果与分析57-59
• 4.4 阀盖目标参数优化59-65
• 4.4.1 建立三维参数化模型59
• 4.4.2 选择参数对象59-60
• 4.4.3 目标参数优化分析流程60-61
• 4.4.4 查看对比分析结果61-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第5章 高压通海阀可靠性寿命试验66-75
• 5.1 引言66
• 5.2 高压通海阀可靠性要求66-68
• 5.3 高压通海阀可靠性寿命实验准备68-70
• 5.3.1 试验方法选择68
• 5.3.2 试验大纲及实验设备68-69
• 5.3.3 试验方案69-70
• 5.4 高压通海阀可靠性寿命试验70-71
• 5.4.1 确定实验时间70-71
• 5.4.2 实验流程及结果71
• 5.5 实验结果研究71-74
• 5.5.1 确定实验分布类型71-73
• 5.5.2 高压通海阀寿命实验结果73-74
• 5.6 本章小结74-75
• 结论75-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果80-81
• 致谢81

【参考文献】

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本文编号：815991