本文選題：高溫變形 + 引伸計(jì)��； 參考：《華東理工大學(xué)》2013年博士論文

【摘要】：石油、化工、電力、冶金等過程工業(yè)裝置中的壓力容器與管道長(zhǎng)期處于高溫環(huán)境,不可避免地會(huì)發(fā)生不可恢復(fù)的變形。為了保證裝置的安全性,變形監(jiān)測(cè)是最為直接、可靠的方法。因此,本文根據(jù)高溫結(jié)構(gòu)變形的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了兩種能夠在高溫環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠工作的高精度變形監(jiān)測(cè)傳感裝置并對(duì)其性能進(jìn)行了研究,研究?jī)?nèi)容和成果如下： 根據(jù)高溫結(jié)構(gòu)變形特點(diǎn)以及安裝要求,設(shè)計(jì)并加工了兩種可用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)高溫結(jié)構(gòu)變形的引伸傳感裝置：雙肩式高溫構(gòu)件變形監(jiān)測(cè)傳感裝置和高溫構(gòu)件局部變形監(jiān)測(cè)傳感裝置。在實(shí)驗(yàn)室的常溫試驗(yàn)中,將所設(shè)計(jì)的兩種傳感裝置安裝在被測(cè)試件上,通過將傳感裝置測(cè)量值與參考傳感器測(cè)量值作對(duì)比分析并驗(yàn)證了裝置的測(cè)量精度。 針對(duì)高溫結(jié)構(gòu)服役過程中變形極其微小的特點(diǎn)提出,將引伸傳感裝置與位移放大機(jī)構(gòu)集成,來提高傳感裝置的性能。現(xiàn)有的三種微位移放大機(jī)構(gòu)中,橋式機(jī)構(gòu)具有體積小、輸出線性、位移放大比高的優(yōu)點(diǎn),因此基于橋式機(jī)構(gòu)并結(jié)合引伸傳感裝置結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),設(shè)計(jì)了應(yīng)用于高溫結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)傳感裝置的橋式位移放大機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)中的變形元件采用柔度大、精度高的圓形柔性鉸鏈。所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧、位移放大倍數(shù)高、輸出精度高等優(yōu)點(diǎn)。為了得到所設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的放大倍數(shù),首先從幾何結(jié)構(gòu)關(guān)系推導(dǎo)出了橋式放大機(jī)構(gòu)的位移放大倍數(shù)設(shè)計(jì)公式,結(jié)果表明在不考慮變形的情況下,機(jī)構(gòu)的位移放大倍數(shù)僅與兩個(gè)鉸鏈間的相對(duì)位置有關(guān)。再采用偽剛體模型推導(dǎo)出了彈性變形條件下放大機(jī)構(gòu)的理論放大倍數(shù)設(shè)計(jì)公式,所得到的結(jié)果表明,在考慮彈性變形條件下,橋式機(jī)構(gòu)的放大倍數(shù)設(shè)計(jì)公式的計(jì)算精度取決于機(jī)構(gòu)中柔性鉸鏈剛度的計(jì)算精度。 為了得到精確的柔性鉸鏈的剛度計(jì)算公式,采用三維有限元模擬對(duì)圓形柔性鉸鏈現(xiàn)有的五種剛度設(shè)計(jì)公式(PW(full), PW(Simp), WZ, Lobontiu, Tseytlin和Smith)在2≤b/t≤12,0.1≤t/R≤0.6范圍內(nèi)進(jìn)行誤差分析。分析結(jié)果表明：現(xiàn)有的圓形柔性鉸鏈設(shè)計(jì)公式的計(jì)算精度不僅與t/R有關(guān),還與b/t有關(guān),因此不能用二維有限元模型或者單一厚度的模型來模擬鉸鏈的性能；PW(full)、WZ和Lobontiu三者的圓形鉸鏈設(shè)計(jì)公式在上述尺寸范圍內(nèi)的計(jì)算結(jié)果是完全相同的。根據(jù)誤差分析結(jié)果和所設(shè)計(jì)柔性鉸鏈的幾何尺寸,鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)剛度以及x方向上的平移剛度的計(jì)算公式分別選擇Smith與PW(Simp)的設(shè)計(jì)公式。將其代入所推導(dǎo)的位移放大倍數(shù)設(shè)計(jì)公式后得到機(jī)構(gòu)在彈性變形條件下的理論放大倍數(shù)。將其與有限元模擬結(jié)果作對(duì)比后發(fā)現(xiàn),最大誤差小于2%,證明所選用的鉸鏈設(shè)計(jì)公式是正確的,且推導(dǎo)的放大倍數(shù)設(shè)計(jì)公式是精確的。 為了讓所設(shè)計(jì)的位移放大機(jī)構(gòu)具有更大的使用范圍,使其能夠應(yīng)用在柔性鉸鏈發(fā)生大變形的情況下,對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行大變形分析。機(jī)構(gòu)仍然采用偽剛體模型進(jìn)行簡(jiǎn)化,再利用最小勢(shì)能原理對(duì)位移放大機(jī)構(gòu)進(jìn)行大變形分析計(jì)算。分析過程中發(fā)現(xiàn),在大變形的情況下,柔性鉸鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度會(huì)發(fā)生變化而不再是一常數(shù),因此通過ANSYS對(duì)所設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)中的圓形柔性鉸鏈在大變形下的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度進(jìn)行了分析,得到了機(jī)構(gòu)中柔性鉸鏈的彈性工作范圍以及不同偏轉(zhuǎn)角下的轉(zhuǎn)動(dòng)剛度,并運(yùn)用最小勢(shì)能原理進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證。在柔性鉸鏈尺寸不變的情況下,對(duì)六個(gè)不同l與b值的橋式機(jī)構(gòu)進(jìn)行大變形分析,并將有限元分析結(jié)果與最小勢(shì)能原理計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,最大誤差小于6%,證明計(jì)算分析結(jié)果是可靠的且最小勢(shì)能原理能夠應(yīng)用于橋式機(jī)構(gòu)的大變形分析。后續(xù)的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)驗(yàn)證了上述結(jié)論。最后,將一個(gè)安裝有位移放大機(jī)構(gòu)的傳感裝置與一個(gè)沒有安裝位移放大機(jī)構(gòu)的傳感裝置同時(shí)安裝在標(biāo)定儀上進(jìn)行試驗(yàn),驗(yàn)證了位移放大機(jī)構(gòu)的引入對(duì)裝置測(cè)量結(jié)果的影響以及可行性。 為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)引伸傳感裝置在高溫環(huán)境下的測(cè)量精度以及長(zhǎng)期穩(wěn)定性,將傳感裝置安裝在火電廠的高溫管道上進(jìn)行試驗(yàn)。通過與有限元模擬結(jié)果以及現(xiàn)有的商業(yè)高溫應(yīng)變片對(duì)比驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)裝置在高溫下的測(cè)量精度。6000小時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)高溫示范應(yīng)用驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)裝置具有在高溫環(huán)境中持續(xù)工作的長(zhǎng)期可靠性。利用裝置所測(cè)得的管道變形速率并根據(jù)Monkman-Grant關(guān)系計(jì)算了直管段和彎管段的剩余壽命。
[Abstract]:In order to ensure the safety of the device , the deformation monitoring is the most direct and reliable method . In order to ensure the safety of the device , the deformation monitoring is the most direct and reliable method .

According to the deformation characteristics of the high temperature structure and the installation requirements , two kinds of extension sensing devices which can be used for the long - term monitoring of the deformation of the high temperature structure are designed and processed : the double - shoulder high - temperature component deformation monitoring sensing device and the high - temperature component local deformation monitoring sensing device are designed and processed .

In order to obtain the amplified multiple of the design mechanism , the design formula of the displacement amplification factor of the bridge - type amplifying mechanism is deduced from the relation between the geometrical structure and the geometrical structure . The results show that the calculation accuracy of the amplification factor design formula of the bridge mechanism depends on the calculation accuracy of the flexible hinge stiffness in the mechanism .

In order to obtain the accurate calculation formula of flexible hinge , three - dimensional finite element method is used to simulate the existing five stiffness design formulas ( PW ( full ) , PW ( Simp ) , WZ , Lobontiu , Pengytlin and Smith in the range of 2 鈮，

本文編號(hào)：1925944