發(fā)布時(shí)間：2021-08-10 13:36

　　本文以樁機(jī)換熱器為研究對(duì)象,針對(duì)換熱器焊縫接頭易疲勞開裂的問題,通過流固耦合分析方式,對(duì)換熱器內(nèi)部流體流動(dòng)過程、換熱器交變壓力下疲勞強(qiáng)度進(jìn)行研究,分析焊縫接頭的失效原因以及易疲勞位置,并結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)換熱器封條焊接結(jié)構(gòu)以及油室結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文主要研究工作以及成果如下:（1）通過Fluent對(duì)冷卻介質(zhì)的速度場(chǎng),壓力場(chǎng)進(jìn)行了三維數(shù)值仿真,得到流體運(yùn)動(dòng)過程中的速度矢量圖以及壓力云圖,從圖中可知冷卻介質(zhì)對(duì)換熱器內(nèi)壁面壓力載荷的峰值為1.97Mpa。（2）通過Ansys Static Structural仿真模塊,結(jié)合Fluent流體仿真數(shù)據(jù),對(duì)換熱器彈塑性性能進(jìn)行流固耦合分析,分析得到了換熱器的總形變?cè)茍D和等效應(yīng)力云圖。在此基礎(chǔ)上結(jié)合材料S-N疲勞強(qiáng)度曲線以及時(shí)間載荷曲線,對(duì)換熱器進(jìn)行疲勞壽命分析和預(yù)測(cè),得出結(jié)論為換熱器的疲勞壽命的理論最低值為91896次循環(huán),疲勞壽命最低點(diǎn)位于進(jìn)油口油室內(nèi)。（3）針對(duì)上述問題,提出了兩個(gè)方面的改進(jìn)建議,并通過仿真手段進(jìn)行了合理性驗(yàn)證。針對(duì)封條焊接結(jié)構(gòu)失效問題對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化性設(shè)計(jì),通過擬合結(jié)構(gòu)性能曲線探究封條承壓能力最優(yōu)尺寸結(jié)構(gòu)。針對(duì)油室內(nèi)壓過高,導(dǎo)... 

【文章來源】：湘潭大學(xué)湖南省

【文章頁數(shù)】：60 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

液壓樁機(jī)施工現(xiàn)場(chǎng)圖

峁?惱?沸院陀嘔?低車暮俠硇浴?作為冷卻系統(tǒng)中最重要的一環(huán)，換熱器的本質(zhì)是熱交換，將機(jī)械內(nèi)的多余熱量用冷卻介質(zhì)帶出，然后經(jīng)過二次熱交換將冷卻介質(zhì)內(nèi)的熱量交換至外界環(huán)境，保障機(jī)械處于安全的使用溫度。板翅式換熱器體積緊湊，換熱效率高，在樁機(jī)行業(yè)中使用廣泛。換熱器的好壞直接與樁機(jī)的使用壽命掛鉤，樁機(jī)使用環(huán)境的多樣性以及復(fù)雜性決定了換熱器的使用條件非常惡劣，通常，樁機(jī)冷卻系統(tǒng)中的換熱器需要承受高低壓交變循環(huán)沖擊以及周期性的振動(dòng)。如下圖所示為換熱器實(shí)際使用過程中常見的問題。圖1.2換熱器焊縫失效圖1.3換熱器局部變形換熱器的設(shè)計(jì)過程由于換熱器的生產(chǎn)周期長，而小批量生產(chǎn)的成本、時(shí)間及效率都對(duì)研發(fā)造成了不小的困難，近年來CAE技術(shù)的發(fā)展給予了研發(fā)人員另一種設(shè)計(jì)優(yōu)化方式，目前CAE技術(shù)的計(jì)算精度越來越高，相比傳統(tǒng)的試驗(yàn)，CAE結(jié)果更加一目了然，研發(fā)人員可以更具體的觀察分析流場(chǎng)，給出更加合理的設(shè)計(jì)方案，提高換熱器的耐久性以及可靠性，最終達(dá)到提高換熱器工作效率及使用壽命的目的。本文使用流體數(shù)值模擬軟件Fluent對(duì)樁機(jī)鋁合金板翅式換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)特性以及傳熱特性進(jìn)行流體仿真，獲取內(nèi)壁面所受壓力載荷，通過流固耦合分析方式獲取結(jié)構(gòu)應(yīng)力的分布，選取合適的應(yīng)力分析方式結(jié)合載荷譜、材料特性曲線對(duì)換熱器壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)。通過以上方式探索換熱器內(nèi)部易疲勞區(qū)域，對(duì)相關(guān)區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)性優(yōu)化設(shè)

驗(yàn)來驗(yàn)證熱特性仿真結(jié)果的正確性和優(yōu)化系統(tǒng)的合理性。作為冷卻系統(tǒng)中最重要的一環(huán)，換熱器的本質(zhì)是熱交換，將機(jī)械內(nèi)的多余熱量用冷卻介質(zhì)帶出，然后經(jīng)過二次熱交換將冷卻介質(zhì)內(nèi)的熱量交換至外界環(huán)境，保障機(jī)械處于安全的使用溫度。板翅式換熱器體積緊湊，換熱效率高，在樁機(jī)行業(yè)中使用廣泛。換熱器的好壞直接與樁機(jī)的使用壽命掛鉤，樁機(jī)使用環(huán)境的多樣性以及復(fù)雜性決定了換熱器的使用條件非常惡劣，通常，樁機(jī)冷卻系統(tǒng)中的換熱器需要承受高低壓交變循環(huán)沖擊以及周期性的振動(dòng)。如下圖所示為換熱器實(shí)際使用過程中常見的問題。圖1.2換熱器焊縫失效圖1.3換熱器局部變形換熱器的設(shè)計(jì)過程由于換熱器的生產(chǎn)周期長，而小批量生產(chǎn)的成本、時(shí)間及效率都對(duì)研發(fā)造成了不小的困難，近年來CAE技術(shù)的發(fā)展給予了研發(fā)人員另一種設(shè)計(jì)優(yōu)化方式，目前CAE技術(shù)的計(jì)算精度越來越高，相比傳統(tǒng)的試驗(yàn)，CAE結(jié)果更加一目了然，研發(fā)人員可以更具體的觀察分析流場(chǎng)，給出更加合理的設(shè)計(jì)方案，提高換熱器的耐久性以及可靠性，最終達(dá)到提高換熱器工作效率及使用壽命的目的。本文使用流體數(shù)值模擬軟件Fluent對(duì)樁機(jī)鋁合金板翅式換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)特性以及傳熱特性進(jìn)行流體仿真，獲取內(nèi)壁面所受壓力載荷，通過流固耦合分析方式獲取結(jié)構(gòu)應(yīng)力的分布，選取合適的應(yīng)力分析方式結(jié)合載荷譜、材料特性曲線對(duì)換熱器壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)。通過以上方式探索換熱器內(nèi)部易疲勞區(qū)域，對(duì)相關(guān)區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)性優(yōu)化設(shè)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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[4]幾種典型翅片傳熱及阻力特性的數(shù)值研究與分析[D]. 許偉.清華大學(xué) 2005



本文編號(hào)：3334158