大型压缩机焊接机壳动态特性有限元分析

论文摘要

随着市场竞争的日趋激烈,产品生产正向多品种、小批量的方向发展。大型压缩机的生产企业,为了缩短制造周期,降低生产成本,赢得市场,用焊接机壳替代传统的铸造机壳已势在必行。本文通过对某型号大型轴流压缩机焊接机壳的动态有限元分析,研究分析其动态特性,以便指导大型压缩机焊接机壳设计与优化。论文在前期对大型轴流压缩机焊接机壳结构特点和静态有限元分析的基础上,通过分析压缩机运行时的载荷变化,建立了适合动态有限元分析的焊接机壳模型。通过对焊接机壳的模态分析,获得了其固有频率和振型等特性。通过对焊接机壳各阶振型及应力云图分析可知,支承座与法兰的连接处,中腔与排气腔的连接处,进、出风管与机壳的连接处,中分面法兰左右连接板的连接处等位置振幅及应力值较大。这些位置可能是结构的危险点,是机壳设计与优化的关键部位。结合压缩机的特定工况条件,分别进行了焊接机壳的热分析及瞬态动力学分析,获得了焊接机壳各时刻的应力和变形云图,以及各关键点的瞬态应力曲线。通过对焊接机壳的动态特性分析,指出了中腔壳体与排气腔左侧板连接处集中应力过大,超出了设计要求;法兰厚度突变处,支承座与法兰连接处,出风管与机壳连接处等位置有明显的应力集中。通过焊接机壳的动态特性分析,提出在中腔与排气腔连接处增加过渡区。通过增加过渡区机壳壁厚,改善中腔壳体与中腔侧板连接处尺寸的急剧变化,实现了减小该位置处过大的集中应力。把原设计方案中的轴承箱支座向焊接机壳两端移动,使两个轴承箱支座的外侧板与压缩机两端的端盖平齐;并根据压缩机两气腔容量大小需要,适当缩短进气腔和排气腔的轴向长度等措施,大大提高了机壳中分面法兰的抗弯刚度。适当减小排气腔的壁厚,使材料的性能得到了充分利用。通过改进方案与原设计方案的动态特性对比分析,验证了改进方案的有效性与合理性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景、意义
• 1.2 大型压缩机焊接机壳的发展及现状
• 1.3 有限元方法及其应用现状
• 1.3.1 有限元方法的发展
• 1.3.2 有限元方法的应用
• 1.4 本文的主要研究内容
• 2 轴流压缩机焊接机壳有限元模型建立
• 2.1 有限元法理论概述
• 2.2 轴流压缩机焊接机壳的结构特点
• 2.3 焊接机壳的主要技术参数
• 2.3.1 机壳载荷与边界条件
• 2.3.2 焊接机壳的材料属性
• 2.4 压缩机机壳有限元模型建立
• 2.4.1 几何模型的简化
• 2.4.2 单元类型选择
• 2.4.3 网格划分
• 2.5 本章小结
• 3 焊接机壳的模态分析
• 3.1 模态分析原理
• 3.2 模态提取方法
• 3.3 焊接机壳模态分析计算
• 3.3.1 模态分析步骤
• 3.3.2 机壳模态分析结果
• 3.4 机壳模态计算结果分析
• 3.5 本章小结
• 4 焊接机壳的传热与热应力分析
• 4.1 传热学的理论基础
• 4.1.1 热量传递的基本方式
• 4.1.2 传热问题的基本方程
• 4.1.3 对流换热基本理论概述
• 4.1.4 稳态传热的有限元分析列式
• 4.2 机壳的温度场分析
• 4.2.1 机壳稳态传热分析
• 4.3 机壳热应力分析
• 4.3.1 热应力问题的有限元分析列式
• 4.3.2 机壳热应力分析
• 4.4 本章小结
• 5 焊接机壳的瞬态有限元分析
• 5.1 概述
• 5.2 动态分析有限元法基础
• 5.3 机壳的瞬态响应分析及结果评价
• 5.3.1 机壳瞬态动力学分析的基本步骤
• 5.3.2 计算结果分析
• 5.3.3 机壳关键位置的瞬态应力变形响应
• 5.3.4 进风管、排气管下边缘位移瞬态响应曲线
• 5.4 小结
• 6 焊接机壳结构改进
• 6.1 机壳改进方案
• 6.1.1 集中应力产生的原因分析
• 6.1.2 中分面法兰刚度分析
• 6.1.3 机壳结构优化改进方案
• 6.2 改进后的机壳有限元分析
• 6.3 改进前后机壳变形与应力分析结果比较
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文