《毕业论文--金属波纹补偿器结构优化设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业论文--金属波纹补偿器结构优化设计（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、毕业设计 金属波纹补偿器结构优化设计学生姓名： 学号 系 部： 机械工程系 专 业： 机械电子工程 指导教师： 二零一五年五月诚信声明本人郑重声明：本篇论文及其研究的课题是本人在指导老师李老师的指导下独立完成的，在完成论文时涉及的材料能在参考文献中找到。 本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目： 金属波纹补偿器结构优化设计 系部： 机械工程系 专业： 机械电子 学号： 学生： 指导教师（含职称）： 专业负责人： 1设计的主要任务及目标根据已知参数设计金属波纹器，并建立相关三维实体模型，并应用ansys进行动力学分析，进而得出优化解。已知参数如下：A、材料为不锈钢202（屈服强度205MP
2、a）B、波纹管参数：壁厚t=0.10.3， l=300400，波纹半径R=510，通径D1=100，外径D2=120-200C、功能要求：拉伸压缩10mm，D、环境要求：内压力P=0.1MPa，。E、寿命要求：疲劳次数要求20000次F、优化要求：在达到功能寿命的情况下，材料最少2设计的基本要求和内容(1)、认真阅读任务书，通过查阅相关文献资料，在了解课题研究目的意义及现状等基础上，构建设计方案并进行充分论证，并撰写开题报告；(2)、建立相关模型，熟悉相关软件；(3)、完成动力学分析，结构优化；(4)、毕业设计说明书；3主要参考文献1ANSYS 14.0理论解析与工程应用实例 张洪才主编 机械
3、工业出版社 20132ANSYS14.0有限元分析从入门到精通 张秀辉主编 机械工业出版社 2013 4进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1阅读任务书，通过查阅资料，撰写开题报告并进行开题答辩；2014.11.-2014.12.312建立相关模型，熟悉相关软件；2015.1-2015.33建立相关模型，中期答辩；2015.4-2015.54完成动力学分析，结构优化；2015.5-2015.65撰写设计说明书，准备毕业答辩2015.6-审核人： 年 月 金属波纹补偿器结构优化设计摘 要：金属波纹补偿器主要用在各种管道中，调解补偿各种变形等。本课题是在综合大量国内外大量文献的基础上，探讨满足一定
4、要求条件的金属补偿器的结构设计。补偿器是由波纹管和法兰两部分组成，首先运用有限元CAE(ANSYS)软件，对波纹管经过分不同方案的建模用参数化，网格划分，添加一定约束条件，求解分析，疲劳分析，结构优化，最终建立一个比较符合的有限元模型。通过深入地对波纹管结构性能、波纹管受力与变形的规律等的研究讨论,得出波纹管力学性能对其机械结构性能的影响。确定最终设计出一个符合工作要求的结构波纹补偿器。同时对金属波纹管的在结构参数,波数、壁厚、波距等方面，对其性能的影响做出相应的分析。再次运用ANSYS软件对法兰盘进行建模分析，确定其能满足设计要求。关键词：金属补偿器，CAE, 网格划分，结构优化Design
5、 of The Metal Corrugated Compensator Structure Optimization Abstract：Metal corrugation compensator is mainly used in various pipes to mediate the various displacement. This project is based on a large amount of domestic and foreign literatures. It starting from the discussion of the design of metal
6、compensator which satisfies certain requirements. The compensator is composed of two parts: the bellows and flange. Firstly, it used CAE finite element software (ANSYS) to parameterize and mesh different corrugated pipe models generated by different schemes. Secondly, some constraint conditions were
7、 added to conduct solution analysis, fatigue analysis and structure optimization. Thirdly, a comparative conforming finite element model was established. The influence of mechanical properties of corrugated pipe on its mechanical structure property was known by means of studying and discussing the s
8、tructure performance and the rule of its stress and deformation of corrugated pipe in depth. A corrugation compensator that fits for working requirement is finally designed. At the same time, the corresponding of structural parameters, wave number, wall thickness and pitch of waves to its properties
9、 were analyzed. Besides, ANSYS software was used to conduct modeling analysis to flange plate to make sure it meets the design requirements.Key words: Metal corrugation compensator, CAE, mesh generation, structure optimization目录1 绪论11.1 金属波纹补偿器的简单介绍11.2 本课题研究的主要内容11.3 金属补偿器的研究现状21.4金属波纹管的加工成型方法31.5波
10、纹管的材料31.6本课题的研究目的和意义32 金属波纹管的结构设计52.1有限元概述52.1.1有限元方法52.1.2 ANSYS大型通用软件的简介52.2 波纹管有限元模型的建立72.2.1波纹管结构参数72.2.2模型的简化82.2.3单元类型的选择82.2.4网格划分92.2.5波纹管的结构设计102.3 本章小结213 金属波纹管的疲劳寿命分析223.1疲劳的基本理论223.2金属波纹管的疲劳强度分析224 金属波纹管的结构优化284.1结构优化的基本理论284.2 波纹管的结构优化285 金属法兰盘的分析设计305.1 金属法兰盘的简介305.2对金属波纹管上应力的提取305.3,法
11、兰盘的结构设计306 结论与展望336.1结论336.2展望33参考文献34致谢35IV太原工业学院毕业设计361 绪论1.1 金属波纹补偿器的简单介绍金属波纹补偿器是用在各种管道中，改善管道因热而发生的位移，机械振动引出变形，补偿一些补偿机械振动等，使管道的变形应力降低，同时延长管道的使用时间。此外金属波纹补偿器作为补偿元件及管路连接件等元件，在机械工业、电力工业、真空技术及原子能工业等相关领域被广泛应用。金属波纹补偿器考虑到不同的用处，就在制造时采用不同的材料。由于材料的不同，所以加工制作的金属波纹管的结构与性能也就有所差别，金属波纹补偿器通常是采用奥氏体不锈钢材料或者是按用户的要求材料来
12、制造，通常采用很抗腐蚀，很抗高温（235 +450)，比较柔软的，也很抗高压（最高为32MPa）的优质材料。在管路中可随意进行连接，来实现温度变动、使振动减小、消除噪声等情况。双法兰金属波纹管常用在一些有位移、振动的各种泵、阀等的柔性接头。1.2 本课题研究的主要内容 在对波纹补偿器了解研究的基础上，利用有限元ANSYS软件，通过参数化建立相关结构模型，分析设计出满足下列要求的金属补偿器：图1 金属波纹补偿器已知参数如下：A、材料为不锈钢202（0Cr18Ni9） （屈服强度205MPa）B、波纹管参数：壁厚t=0.10.3， l=300400，波纹半径R=510，通径D1=100，外径D2=
13、120-200C、功能要求：拉伸压缩10mm，D、环境要求：内压力P=0.1MPa，。E、寿命要求：疲劳次数要求20000次F、优化要求：在达到功能寿命的情况下，材料最少。1.3 金属补偿器的研究现状在早期的研究中，人们通过各种各样的假设,采用一些与实际工作情况比较接近的设计公式来研究,然而由于波纹管结构的独特,尤其是挤压成型的金属波纹管，要求其具有较好的耐压能力，较大的伸缩范围和较小的轴向刚度。虽然国内外的许多学者专家在波纹管的一些研讨方面作了很多的努力,但生产厂家们仍然用做实验的方法来检查金属波纹管质量的好坏1。在我国比较有影响的是美国EJMA公式，是在1955年由一批设计、制造和使用膨胀
14、节方面的富有经验的公司成立的,1958年首次发布了膨胀节标准。这个标准是比较简单片面的,只涉及到轴向的工作位移,后来逐渐随着研究成果及试验结果的增多,技术的引用,使标准逐渐得到完善,扩展了使用范围，同时也让标准越来越标准2。随着计算机技术的迅速发展,有限元在结构分析中越来越被应用,许多有限元分析软件也就渐进诞生了。有限元分析以其独特的优势在解决材料非线性、结构非线性和几何非线性问题等方面被引进应用，慢慢让研究人员所接受采纳。在现代,除了用有限元法研究波纹管之外，人们也通过人工智能的技术来研究波纹管。这种方法是通过建立一种基于BP神经网络的膨胀节的低周疲劳寿命估算模型,通过学习实例样本,获取相应的知识,就可以对产品进行疲劳寿命研究与讨论。虽然金属波纹管在工业生产制造中己被广泛应用，同时国内外研讨工作人员已对其结构有了比较深刻的了解,但仍然存在许多的问题。国内金属波纹补偿器行业还是有一些进步，取得了一些成果在质量等方面。2005年以来，国家对金属波纹补偿器行业的监管力度有所加强，并且发布了一些标准规则，
