DNF型管道封堵器的结构分析及有限元计算

论文摘要

随着工业的发展,对石油等能源的依赖越来越强,输油管道是国家能源的大动脉之一,其安全运营对国家经济发展的影响重大,由于受自然或人为的原因,原油管道在长距离输油管道工程中事故率也占相当比例。在管道工程维修中,管道封堵器将发挥主要作用,因此它是封堵设计中的重大设计课题之一随着计算机技术的不断发展,有限元法由于其设计周期短,费用低,精度高等特点已经成为解决复杂工程问题的常规手段。有限元技术在封堵器零部件设计中的广泛应用,提高了设计的可靠性,优化了结构,缩短了设计周期,降低了设计成本,从而增加了产品在市场上的竞争力。本文分析了DNF型管道封堵器的工作状态,应用了材料力学、机械设计理论和有限元相结合的方法分析了管道封堵器的挡板系统和砥柱的受力情况。本文通过Pro/E建立模型并进行装配及运动仿真,从直观上了解封堵器的受力情况。通过运动仿真,可以找出运动模型干涉之处,从而在设计阶段将其排除,节省了试验经费或在实验时发现问题所造成的巨大损失。在此基础上结合有限元知识对封堵器进行深入的分析,采用非线性接触分析对挡板系统进行分析,得出挡板的应力分布情况及变化规律；对砥柱进行有限元模拟,找出应力集中点,为设计开发及设备改进奠定良好的基础。运用有限元方法对管道封堵器进行静力学分析,从而使设计更加合理化和科学化；在整个分析过程中,采用APDL语言编制了各个问题的ANSYS程序,便于进行管道封堵器类似问题的分析处理。通过APDL语言可以方便的进行修改,提高了设计效率。通过本文的研究工作,总结了一些分析、处理经验,积累了一定的基础数据。有了在新产品开发设计中,特别是在结构性能系统设计中应用先进设计技术的先例,为推广有限元技术在的应用和进一步设计高品质的封堵器上奠定了基础,这对于企业开发能力的提高及今后的封堵器设计开发工作具有了重要的示范意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.1.1 管道运输的概况
• 1.1.2 管道工程的破坏形式及造成的影响
• 1.2 DNF型管道封堵器国内、外发展现状
• 1.2.1 封堵器在国外发展现状
• 1.2.2 研究的目的
• 1.3 本课题的意义、研究方法和内容
• 1.3.1 课题的意义
• 1.3.2 本课题的研究内容和方法
• 第2章 Pro/E在管道封堵器设计中的应用及运动仿真
• 2.1 机械产品的三维建模技术
• 2.1.2 装配仿真的三个目标层次
• 2.2 可视化装配仿真系统的功能需求分析
• 2.2.1 现有的CAD系统具备的装配功能分析
• 2.2.2 装配仿真的功能要求
• 2.3 装配仿真平台的比较与选择
• 2.3.1 常用的三维计算机辅助设计软件简介
• 2.3.2 Pro/E的特性及功能简介
• 2.4 DNF型管道封堵器的三维建模
• 2.4.1 封堵器的总体设计的内容
• 2.4.2 总体设计的过程
• 2.4.3 封堵封堵器过程介绍
• 2.4.4 设计思路
• 2.4.5 封堵器总体设计
• 2.4.5.1 模型设计图
• 2.4.5.2 封堵器的爆炸图的建立
• 2.4.5.3 封堵器的工程图
• 2.5 管道封堵器各系统设计
• 2.5.1 管道封堵器挡板系统设计
• 2.5.2 砥柱系统设计
• 2.5.3 法兰筒体系统设计
• 2.5.4 法兰短接总成的设计
• 2.5.5 传动轴系统设计
• 2.6 管道封堵器的运动仿真与分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 有限元三维参数化建模
• 3.1 APDL原理
• 3.1.1 APDL的生成方法
• 3.1.2 系统参数化的前提
• 3.2 APDL编程
• 3.3 利用APDL实现管道封堵器核心零部件的有限元模型
• 3.3.1 挡板建模
• 3.3.2 对砥柱进行建模
• 3.4 本章小结
• 第4章 封堵器砥柱有限元分析及计算
• 4.1 静应力下机械零件的强度判据
• 4.2 封堵器砥柱系统的极限载荷
• 4.3 砥柱极限载荷计算
• 4.4 本章小结
• 第5章 封堵器挡板系统的接触有限元分析及计算
• 5.1 接触分析操作
• 5.1.1 接触分析简介
• 5.1.2 面-面接触分析
• 5.2 挡板的接触应力分析
• 5.2.1 挡板接触材料介绍
• 5.2.2 理论求解
• 5.3 挡板极限载荷计算
• 5.3.1 载荷为0.7MPa～0.8MPa时分析结果
• 5.3.2 载荷为0.78MPa时分析结果
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢