本文關(guān)鍵詞：液態(tài)流體彎管內(nèi)壓分析及變壁厚彎管熱推工藝研究

  更多相關(guān)文章： 液態(tài)流體彎管 內(nèi)壓分布 應(yīng)力 壁厚 牛角芯棒

【摘要】：管道運(yùn)輸系統(tǒng)作為現(xiàn)代物流運(yùn)輸系統(tǒng)之一,廣泛應(yīng)用于動(dòng)力、石油、天然氣、化上等工業(yè)領(lǐng)域以及城市燃?xì)夂凸嵯到y(tǒng)中,是現(xiàn)代運(yùn)輸行業(yè)的重要組成部分。實(shí)際工程中,對(duì)于工作狀態(tài)下的液態(tài)流體輸送彎管存在以下問題：1)從彎管內(nèi)部流體的流動(dòng)規(guī)律考慮：彎管內(nèi)壓分布不均,凸邊受沖擊壓力較大、凹邊壓力較小。2)從加工工藝考慮：在加工過程中,由于彎管凸邊承受拉應(yīng)力而凹邊承受壓應(yīng)力,易形成彎管凸邊壁厚減薄、凹邊壁厚增大的工藝缺陷。由上述問題可知：彎管高壓區(qū)管壁較薄而低壓區(qū)管壁較厚。因此,彎管在管道輸送網(wǎng)絡(luò)中相對(duì)薄弱,且由于年久失修等囚素,導(dǎo)致管道缺陷問題更加突出,故管道失效事故頻發(fā)。尤其對(duì)壓力管道來說,其運(yùn)輸介質(zhì)多為高溫、高壓、易燃液體或氣體,一旦發(fā)生事故,就會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失及人員傷亡。針對(duì)上述問題,本文以計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ),通過CFD軟件包(FLUENT)對(duì)多種工況下液態(tài)流體介質(zhì)在彎管的流動(dòng)情況進(jìn)行數(shù)值模擬,據(jù)彎管內(nèi)壁各質(zhì)點(diǎn)壓力值,通過數(shù)學(xué)擬合軟件1stOpt得出彎管內(nèi)壓分布模型；結(jié)合塑性力學(xué)知識(shí)對(duì)彎管進(jìn)行受力分析,根據(jù)強(qiáng)度理論對(duì)彎管進(jìn)行壁厚設(shè)計(jì)；針對(duì)不同形式的牛角芯棒,確定其尺寸并進(jìn)行三維設(shè)計(jì),采用有限元軟件MSC對(duì)牛角芯棒熱推彎管的成形過程進(jìn)行有限元模擬,以得到變壁厚等強(qiáng)度彎管。主要研究?jī)?nèi)容如下：1)采用FLUENT軟件對(duì)不同工況下液態(tài)介質(zhì)流經(jīng)90°彎管時(shí)的流動(dòng)情況進(jìn)行數(shù)值模擬,分析彎管內(nèi)壓模擬結(jié)果并總結(jié)各參數(shù)(入口流速v,出 口壓力P0,介質(zhì)密度ρ,彎管彎曲度k,軸向角度α,環(huán)向角度β)對(duì)彎管內(nèi)壓的影響規(guī)律,結(jié)合彎管內(nèi)壁各質(zhì)點(diǎn)壓力值,利用1stOpt擬合出彎管內(nèi)壓分布模型。2)據(jù)彎管內(nèi)壓分布模型,通過塑性力學(xué)分析并求解出內(nèi)壓作用下彎管的應(yīng)力(軸向應(yīng)力σz、環(huán)向σβ、徑向應(yīng)力σγ)表達(dá)式,按照第三強(qiáng)度理論對(duì)彎管進(jìn)行壁厚設(shè)計(jì)。3)通過建立牛角芯棒三維模型(單半徑橢圓截面牛角芯棒和以阿基米德螺旋線為中軸線的牛角芯棒)并選擇相應(yīng)的直管管坯尺寸,采用有限元軟件MSC.MARC分別對(duì)兩種芯棒下的熱推彎管加工工藝進(jìn)行數(shù)值模擬,比較兩種芯棒推制出的彎管壁厚分布規(guī)律,最終得出以阿基米德螺旋線為中軸線的牛角芯棒為最佳方案。
【關(guān)鍵詞】：液態(tài)流體彎管 內(nèi)壓分布 應(yīng)力 壁厚 牛角芯棒
【學(xué)位授予單位】：山東建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG306
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 研究背景及目的10-12
• 1.1.1 研究背景10-12
• 1.1.2 研究目的12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動(dòng)態(tài)12-15
• 1.2.1 彎管內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.2 彎管應(yīng)力分析及壁厚設(shè)計(jì)的相關(guān)研究14
• 1.2.3 彎管設(shè)計(jì)及成形工藝研究進(jìn)展14-15
• 1.3 研究?jī)?nèi)容及文章創(chuàng)新之處15-18
• 1.3.1 研究?jī)?nèi)容15-16
• 1.3.2 本課題的特色與創(chuàng)新之處16-18
• 第2章 彎管內(nèi)流體模型建立及數(shù)值模擬18-27
• 2.1 計(jì)算流體力學(xué)軟件FLUENT簡(jiǎn)介18
• 2.2 流體計(jì)算模型的建立及網(wǎng)格劃分18-20
• 2.2.1 建立流體幾何模型19
• 2.2.2 劃分網(wǎng)格19-20
• 2.3 基于FLUENT平臺(tái)的數(shù)值模擬20-22
• 2.3.1 FLUENT模擬的基本假設(shè)20
• 2.3.2 網(wǎng)格單元體檢測(cè)20
• 2.3.3 流體介質(zhì)參數(shù)及邊界條件的設(shè)定20-21
• 2.3.4 流場(chǎng)初始化及迭代求解21-22
• 2.4 數(shù)值模擬結(jié)果分析22-25
• 2.4.1 定義流體幾何坐標(biāo)22-23
• 2.4.2 流體數(shù)值模擬結(jié)果圖像分析23-24
• 2.4.3 流體數(shù)值模擬結(jié)果數(shù)據(jù)分析24-25
• 2.5 本章小結(jié)25-27
• 第3章 參數(shù)變化對(duì)彎管內(nèi)壓的影響及彎管內(nèi)壓公式的建立27-46
• 3.1 建立彎管內(nèi)壓分布預(yù)測(cè)模型27
• 3.2 彎管內(nèi)壓向量方程的建立27-29
• 3.2.1 極坐標(biāo)系中彎管內(nèi)壓P與α,β的關(guān)系轉(zhuǎn)換28
• 3.2.2 彎管內(nèi)壓向量方程28-29
• 3.3 彎管幾何尺寸對(duì)彎管內(nèi)壓的影響29-34
• 3.3.1 彎管內(nèi)徑d對(duì)彎管內(nèi)壓強(qiáng)的影響30-32
• 3.3.2 彎曲度κ變化對(duì)彎管內(nèi)壓分布的影響32-34
• 3.4 彎管內(nèi)壁各質(zhì)點(diǎn)幾何位置與彎管內(nèi)壓的關(guān)系34-35
• 3.5 流動(dòng)參數(shù)變化對(duì)彎管內(nèi)壓的影響35-43
• 3.5.1 流體出口壓力P_0對(duì)彎管內(nèi)壓的影響35-37
• 3.5.2 流體介質(zhì)密度ρ對(duì)彎管內(nèi)壓的影響37-40
• 3.5.3 流體入口速度v對(duì)彎管內(nèi)壓的影響40-43
• 3.6 彎管內(nèi)壓公式的建立及計(jì)算精度的驗(yàn)證43-44
• 3.6.1 彎管內(nèi)壓公式的建立43
• 3.6.2 彎管內(nèi)壓公式計(jì)算精度的驗(yàn)證43-44
• 3.7 本章小結(jié)44-46
• 第4章 90°圓形彎管應(yīng)力分析及壁厚設(shè)計(jì)46-64
• 4.1. 彎管應(yīng)力分析46-59
• 4.1.1 彎管環(huán)向應(yīng)力σ_β分析46-50
• 4.1.2 彎管軸向應(yīng)力σ_z分析50-52
• 4.1.3 彎管徑向應(yīng)力σ_r分析52-56
• 4.1.4 彎管應(yīng)力表達(dá)式的驗(yàn)證56-59
• 4.2 彎管壁厚設(shè)計(jì)59-63
• 4.2.1 彎管強(qiáng)度理論的選擇59-60
• 4.2.2 彎管壁厚公式設(shè)計(jì)60-63
• 4.3 本章小結(jié)63-64
• 第5章 牛角芯棒設(shè)計(jì)及尺寸優(yōu)化64-77
• 5.1 引言64
• 5.2 牛角芯棒的選擇64-66
• 5.2.1 牛角芯棒的結(jié)構(gòu)組成64-65
• 5.2.2 牛角芯棒的分類及選擇65-66
• 5.3 牛角芯棒熱推彎管數(shù)值模擬66-69
• 5.3.1 有限元模型的建立及網(wǎng)格劃分66-67
• 5.3.2 基于MSC軟件的熱推彎管工藝模擬過程67-69
• 5.4 以阿基米德螺旋線為中軸線的芯棒設(shè)計(jì)及有限元模擬69-73
• 5.4.1 以阿基米德螺旋線為中軸線的芯棒設(shè)計(jì)69-71
• 5.4.2 以阿基米德螺旋線為中軸線的芯棒熱推工藝有限元模擬71-73
• 5.5 橢圓截面芯棒設(shè)計(jì)及有限元模擬73-76
• 5.5.1 橢圓截面芯棒設(shè)計(jì)73-75
• 5.5.2 橢圓截面芯棒熱推上藝有限元模擬75-76
• 5.6 本章小結(jié)76-77
• 第6章 總結(jié)與展望77-79
• 6.1 本文主要結(jié)論及意義77-78
• 6.2 有待進(jìn)一步解決的問題78-79
• 參考文獻(xiàn)79-84
• 致謝84-85
• 攻讀碩士學(xué)位期間論文發(fā)表情況85

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：714664