本文關(guān)鍵詞：不銹鋼螺旋筋瓦斯抽放管的優(yōu)化設(shè)計

  更多相關(guān)文章： 瓦斯抽放管 螺旋筋 薄壁管殼 外壓 屈曲分析 參數(shù)優(yōu)化

【摘要】：瓦斯抽放技術(shù)對于煤礦瓦斯安全、瓦斯資源利用和環(huán)境保護(hù)有重要意義，在煤礦企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。其中，瓦斯抽放管道的鋪設(shè)是一項復(fù)雜、重要的工作。隨著抽放技術(shù)的不斷發(fā)展，瓦斯抽放管道也經(jīng)歷了鋼管、玻璃鋼管、塑料管、骨架增強塑料管和覆層螺旋波紋鋼管的不斷改進(jìn)。這些管道還是存在各自的不足，瓦斯管道的基本要求包括：阻燃、抗靜電、塑性好、強度高，除此之外還需要成本低、質(zhì)量輕、耐腐蝕等。近幾年來又出現(xiàn)了一種新的瓦斯抽放管道，它采用不銹鋼材料生產(chǎn)，滿足了瓦斯抽放對于管道性質(zhì)的各種要求，并已經(jīng)得到推廣應(yīng)用。 對這種不銹鋼材料的瓦斯抽放管的設(shè)計，主要采用增加加強筋、減小管壁厚度的方法，這種方法廣泛應(yīng)用于一些薄壁結(jié)構(gòu)中�？紤]到生產(chǎn)工藝是將不銹鋼帶螺旋卷曲焊接成型，所以采用螺旋形的加強筋。因此螺旋筋結(jié)構(gòu)的設(shè)計及它對提高管道強度的影響成為這種瓦斯管道推廣使用的關(guān)鍵問題，這也是本文研究的主要內(nèi)容。 這種管道的失效形式主要是屈曲失穩(wěn)，所以著重介紹了相關(guān)薄壁管殼屈曲的一些基本理論和研究方法。宏觀角度根據(jù)能量法理論，外載荷對管殼所作的功轉(zhuǎn)化為管殼的應(yīng)變能，應(yīng)變能的大小與管殼的變形狀態(tài)有關(guān)。微觀角度根據(jù)薄壁構(gòu)件穩(wěn)定理論，施加在管壁上的應(yīng)力狀態(tài)由單純的正應(yīng)力平衡狀態(tài)越變?yōu)橐詮澢鷳?yīng)力為主的新的平衡狀態(tài)。可以通過理論公式計算無筋圓柱殼在各種外壓下的臨界失穩(wěn)載荷大小，作為參照與加筋管殼對比。增加螺旋筋改變了管殼原來的截面形狀，截面慣性矩發(fā)生改變，不能按照理論公式來計算管殼的臨界失穩(wěn)載荷，可以借助有限元分析軟件來對不規(guī)則模型進(jìn)行屈曲分析仿真和參數(shù)優(yōu)化。 建立不同類型螺旋筋、不同長度的理論模型，采用殼單元對模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，參考實際情況定義模型的約束邊界條件和載荷情況，由簡單到復(fù)雜逐步分析其失穩(wěn)特點。第一步分析在受到側(cè)向（徑向）外壓時的屈曲變形，建立幾種管殼的模型分別進(jìn)行特征值屈曲分析，并對某個節(jié)點添加初始缺陷（幾何、材料）進(jìn)行非線性分析，最后對多個變量進(jìn)行目標(biāo)優(yōu)化來確定其壁厚參數(shù)能達(dá)到的最小值。第二步分析在受到軸向外壓時的屈曲變形，選擇不同長度、不同類型管殼結(jié)構(gòu)，，多方面綜合交叉比較，得出壁厚、長度和螺旋筋等因素與其軸向臨界載荷大小的關(guān)系。第三步分析在同時受到側(cè)向和軸向的外載荷時管殼的屈曲變形，繪制不同長度管殼的側(cè)向臨界載荷與軸向載荷的變化曲線。 通過分析得出：螺旋筋能提高管殼的側(cè)向失穩(wěn)載荷（環(huán)剛度）3倍以上,優(yōu)化分析219mm直徑加筋管殼的厚度為0.6mm即可滿足規(guī)定安全系數(shù)的要求；螺旋筋改變了管殼的變形狀態(tài)，管殼受到軸向載荷時，螺旋筋的增加會降低其臨界載荷值；軸向臨界載荷隨長度的增加先逐步增大再急劇減小，最大值總是在模型發(fā)生整體變形和局部變形的臨界點上；同時受軸向和側(cè)向載荷時，軸向載荷在安全值以內(nèi)時側(cè)向臨界載荷值下降緩慢，超過安全值后急劇下降，軸向載荷大小要控制在安全值以內(nèi)。
【關(guān)鍵詞】：瓦斯抽放管 螺旋筋 薄壁管殼 外壓 屈曲分析 參數(shù)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD712.63
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 概述12-20
• 1.1 前言12
• 1.2 瓦斯抽放管的發(fā)展12-14
• 1.3 不銹鋼螺旋焊管加工過程簡介14-15
• 1.4 課題研究的目的和意義15-17
• 1.5 課題研究的方法和內(nèi)容17-20
• 1.5.1 基本設(shè)計規(guī)范17
• 1.5.2 設(shè)計基本要素17-19
• 1.5.3 課題研究內(nèi)容19-20
• 第二章 薄壁構(gòu)件穩(wěn)定理論基礎(chǔ)及 ANSYS 屈曲分析簡介20-30
• 2.1 薄壁管殼構(gòu)件側(cè)向外壓穩(wěn)定理論基礎(chǔ)20-21
• 2.1.1 基本假設(shè)20
• 2.1.2 無力矩理論20
• 2.1.3 臨界載荷20-21
• 2.2 薄壁管殼構(gòu)件軸向外壓穩(wěn)定理論基礎(chǔ)21-24
• 2.3 ANSYS 穩(wěn)定性分析（屈曲分析）的有限元法24-29
• 2.3.1 屈曲分析簡介24-26
• 2.3.2 特征值屈曲分析步驟：26-28
• 2.3.3 非線性特征值分析步驟28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第三章 螺旋筋薄壁管道側(cè)向外壓穩(wěn)定性分析30-46
• 3.1 外壓失穩(wěn)數(shù)值分析方法30-32
• 3.2 前處理32-35
• 3.2.1 幾何參數(shù)建模32-33
• 3.2.2 材料屬性33-34
• 3.2.3 單元類型選擇34
• 3.2.4 邊界條件及約束34-35
• 3.3 特征值屈曲結(jié)果分析35-38
• 3.4 非線性分析38-40
• 3.4.1 幾何非線性分析38-39
• 3.4.2 材料非線性分析39-40
• 3.5 優(yōu)化設(shè)計40-44
• 3.5.1 理論分析40-41
• 3.5.2 優(yōu)化設(shè)計41-44
• 3.5.3 優(yōu)化結(jié)果44
• 3.6 本章小結(jié)44-46
• 第四章 螺旋筋薄壁管道的軸壓穩(wěn)定性分析46-60
• 4.1 軸壓失穩(wěn)數(shù)值分析方法46-49
• 4.2 管道在軸向載荷下長度對穩(wěn)定性的影響49-56
• 4.2.1 300mm 管道的軸向失穩(wěn)分析49-52
• 4.2.2 960mm 管道的軸向失穩(wěn)分析52-54
• 4.2.3 1500mm 管道的軸向失穩(wěn)分析54-56
• 4.3 管道在軸向載荷下厚度對穩(wěn)定性的影響分析56-58
• 4.4 本章小結(jié)58-60
• 第五章 側(cè)向與軸向載荷共同作用下的穩(wěn)定性分析60-74
• 5.1 管殼在側(cè)向與軸向力共同作用的失穩(wěn)分析60-61
• 5.2 幾種長度的無筋管道在混合載荷作用下的失穩(wěn)分析61-67
• 5.2.1 300mm 無筋管道的失穩(wěn)分析62-63
• 5.2.2 960mm 無筋管道的失穩(wěn)分析63-65
• 5.2.3 1500mm 無筋管道的失穩(wěn)分析65-66
• 5.2.4 極限載荷與長度的關(guān)系66-67
• 5.3 幾種長度的三角形筋管道在混合載荷作用下的失穩(wěn)分析67-71
• 5.3.1 300mm 加筋管道的失穩(wěn)分析67-68
• 5.3.2 960mm 加筋管道的失穩(wěn)分析68-69
• 5.3.3 1500mm 加筋管道的失穩(wěn)分析69-71
• 5.3.4 極限載荷與長度的關(guān)系71
• 5.4 本章總結(jié)71-74
• 第六章 總結(jié)與展望74-76
• 6.1 總結(jié)74
• 6.2 展望74-76
• 參考文獻(xiàn)76-82
• 致謝82-83
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文83

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：924361