基于SIMP的914机械三通拓扑优化设计
发布时间：2022-02-21 05:48
机械三通是油气管道维抢修的重要组成部分,但由于三通较大的重量导致其在复杂地形中的移运和安装都有很大的困难。本文以914机械三通为例,通过拓扑优化的方法对其关键零件进行减重处理,并进行初步的模块化设计。论文主要内容有:总结拓扑优化中均匀化方法和变密度方法（Solid Isotropic Material with Penalization,后简称SIMP）基本原理与数学模型;利用Matlab对SIMP材料插值模型进行数值模拟,验证了SIMP插值模型中密度惩罚因子与过滤半径是影响优化结果的关键参数,对比Matlab与优化软件两者模拟结果可知SIMP插值模型的可行性;以结构许用应力为优化的约束条件对机械三通关键零件进行拓扑优化设计,重建后的结构满足强度与变形要求,并达到了减轻重量的效果;根据模块化设计理论对机械三通进行初步的模块化设计,将壳体分块并采用螺栓连接,对连接螺栓进行校核计算且对其密封性能进行计算,模块化后的机械三通相对原机械三通减重16%。本文对914机械三通关键零件进行了拓扑优化设计,并对其进行初步的模块化设计,为机械三通的轻量化、模块化设计做出一定的理论铺垫。
【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 课题研究意义
1.3 拓扑优化与模块化的发展现状
1.3.1 拓扑优化
1.3.2 模块化设计
1.4 课题研究内容
1.5 全文组织构成
第2章 拓扑优化理论模型及数值模拟
2.1 拓扑优化原理和方法
2.2 SIMP材料插值模型
2.3 Matlab模拟SIMP插值模型
2.4 本章小结
第3章 关键零件拓扑优化与强度校核
3.1 三维模型简化
3.2 关键零件强度校核
3.3 关键零件拓扑优化
3.3.1 网格无关性分析
3.3.2 上壳体拓扑优化
3.3.3 下壳体优化分析
3.3.4 液压缸连接臂优化
3.4 本章小结
第4章 模型重建与评价分析
4.1 壳体螺栓连接处载荷计算
4.2 结构重建与强度校核
4.2.1 上壳体模型重建与校核
4.2.2 下壳体模型重建与校核
4.2.3 液压缸连接臂模型重建与校核
4.3 上壳体与下壳体模态分析
4.4 优化前后仿真结果对比
4.5 本章小结
第5章 机械三通模块化设计
5.1 模块化设计理论
5.2 模块化机械三通建模
5.3 螺栓强度校核与密封性能分析
5.3.1 螺栓强度校核
5.3.2 密封性能分析
5.3.3 橡胶强度校核
5.4 模块化三通性能总结
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 研究展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于OptiStruct的汽车方向盘模态优化[J]. 夏允权,左曙光. 上海汽车. 2017(08)
[2]全球油气管道发展现状及未来趋势[J]. 祝悫智,吴超,李秋扬,张雪琴,曾力波,高山卜. 油气储运. 2017(04)
[3]基于网格无关性与时间独立性的数值模拟可靠性的验证方法[J]. 冯静安,唐小琦,王卫兵,应锐,张亭. 石河子大学学报(自然科学版). 2017(01)
[4]基于ANSYS平台的结构拓扑优化实现途径[J]. 李迎,邢心魁,宋若翔,张坚. 低温建筑技术. 2016(04)
[5]油气管道维抢修方法及技术进展[J]. 张仕民,梅旭涛,王国超,李亨涛,王宏生. 油气储运. 2014(11)
[6]基于OptiStruct的盘式制动器拓扑优化设计[J]. 余健,苏小平,王宏楠. 机械科学与技术. 2014(09)
[7]拓扑优化在提高电机底座固有频率中的应用[J]. 宋志强,史青录,彭万万,陈贯祥. 机械工程与自动化. 2014(03)
[8]大口径油气管道快速夹紧装置的设计[J]. 曹愈远,李艳军,张涛. 装备制造技术. 2014(03)
[9]水下机械式三通密封性能分析[J]. 李亨涛,张仕民,赵丽爽,陈迎春,张行,梅旭涛. 石油矿场机械. 2014(01)
[10]基于MATLAB的机械零件拓扑优化结果几何重构研究[J]. 覃琨,方宗德,卞翔,侯祥颖,高扬. 机械科学与技术. 2013(11)
博士论文
[1]汽车造型模块化设计研究[D]. 孙明阳.吉林大学 2014
[2]连续体结构拓扑优化理论与应用研究[D]. 左孔天.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]汽车底盘模块化设计技术研究与应用[D]. 兰孟飞.重庆理工大学 2016
[2]机械产品的可拓模块化设计方法研究与应用[D]. 梁伟勇.南京航空航天大学 2014
[3]注塑机模板的有限元分析及拓扑优化设计[D]. 张恩光.华南理工大学 2013
[4]发动机活塞结构拓扑优化研究[D]. 霍心达.石家庄铁道大学 2013
[5]大口径油气管道带压不停输开孔机的开发研究[D]. 赵彦刚.南京航空航天大学 2012
[6]基于变密度法的连续体拓扑优化设计[D]. 汤颖颖.长安大学 2008
[7]大客车车身骨架结构拓扑优化设计[D]. 赵永辉.武汉理工大学 2008
[8]模块化设计理论及其在桥式起重机设计中的应用[D]. 王永福.大连理工大学 2004
本文编号：3636626
【文章来源】：中国石油大学(北京)北京市211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 课题研究意义
1.3 拓扑优化与模块化的发展现状
1.3.1 拓扑优化
1.3.2 模块化设计
1.4 课题研究内容
1.5 全文组织构成
第2章 拓扑优化理论模型及数值模拟
2.1 拓扑优化原理和方法
2.2 SIMP材料插值模型
2.3 Matlab模拟SIMP插值模型
2.4 本章小结
第3章 关键零件拓扑优化与强度校核
3.1 三维模型简化
3.2 关键零件强度校核
3.3 关键零件拓扑优化
3.3.1 网格无关性分析
3.3.2 上壳体拓扑优化
3.3.3 下壳体优化分析
3.3.4 液压缸连接臂优化
3.4 本章小结
第4章 模型重建与评价分析
4.1 壳体螺栓连接处载荷计算
4.2 结构重建与强度校核
4.2.1 上壳体模型重建与校核
4.2.2 下壳体模型重建与校核
4.2.3 液压缸连接臂模型重建与校核
4.3 上壳体与下壳体模态分析
4.4 优化前后仿真结果对比
4.5 本章小结
第5章 机械三通模块化设计
5.1 模块化设计理论
5.2 模块化机械三通建模
5.3 螺栓强度校核与密封性能分析
5.3.1 螺栓强度校核
5.3.2 密封性能分析
5.3.3 橡胶强度校核
5.4 模块化三通性能总结
5.5 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 全文总结
6.2 研究展望
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于OptiStruct的汽车方向盘模态优化[J]. 夏允权,左曙光. 上海汽车. 2017(08)
[2]全球油气管道发展现状及未来趋势[J]. 祝悫智,吴超,李秋扬,张雪琴,曾力波,高山卜. 油气储运. 2017(04)
[3]基于网格无关性与时间独立性的数值模拟可靠性的验证方法[J]. 冯静安,唐小琦,王卫兵,应锐,张亭. 石河子大学学报(自然科学版). 2017(01)
[4]基于ANSYS平台的结构拓扑优化实现途径[J]. 李迎,邢心魁,宋若翔,张坚. 低温建筑技术. 2016(04)
[5]油气管道维抢修方法及技术进展[J]. 张仕民,梅旭涛,王国超,李亨涛,王宏生. 油气储运. 2014(11)
[6]基于OptiStruct的盘式制动器拓扑优化设计[J]. 余健,苏小平,王宏楠. 机械科学与技术. 2014(09)
[7]拓扑优化在提高电机底座固有频率中的应用[J]. 宋志强,史青录,彭万万,陈贯祥. 机械工程与自动化. 2014(03)
[8]大口径油气管道快速夹紧装置的设计[J]. 曹愈远,李艳军,张涛. 装备制造技术. 2014(03)
[9]水下机械式三通密封性能分析[J]. 李亨涛,张仕民,赵丽爽,陈迎春,张行,梅旭涛. 石油矿场机械. 2014(01)
[10]基于MATLAB的机械零件拓扑优化结果几何重构研究[J]. 覃琨,方宗德,卞翔,侯祥颖,高扬. 机械科学与技术. 2013(11)
博士论文
[1]汽车造型模块化设计研究[D]. 孙明阳.吉林大学 2014
[2]连续体结构拓扑优化理论与应用研究[D]. 左孔天.华中科技大学 2004
硕士论文
[1]汽车底盘模块化设计技术研究与应用[D]. 兰孟飞.重庆理工大学 2016
[2]机械产品的可拓模块化设计方法研究与应用[D]. 梁伟勇.南京航空航天大学 2014
[3]注塑机模板的有限元分析及拓扑优化设计[D]. 张恩光.华南理工大学 2013
[4]发动机活塞结构拓扑优化研究[D]. 霍心达.石家庄铁道大学 2013
[5]大口径油气管道带压不停输开孔机的开发研究[D]. 赵彦刚.南京航空航天大学 2012
[6]基于变密度法的连续体拓扑优化设计[D]. 汤颖颖.长安大学 2008
[7]大客车车身骨架结构拓扑优化设计[D]. 赵永辉.武汉理工大学 2008
[8]模块化设计理论及其在桥式起重机设计中的应用[D]. 王永福.大连理工大学 2004
本文编号：3636626
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