本文關鍵詞：旋塞閥閥體的變形分析與結構優(yōu)化

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【摘要】：旋塞閥是一種在工業(yè)、農業(yè)等國民生產和生活中使用較早的閥門,隨著我國工業(yè)的大力發(fā)展,油田開采、煤氣、天然氣、液化石油氣的輸送和儲存生產規(guī)模也不斷地發(fā)展壯大,迫切需要對旋塞閥密封提出更高的要求。但是,在生產設備和油氣管線中,尤其是高壓大口徑旋塞閥,在設計和制造過程中,由于強度和剛度不能保證,工程中使用的旋塞閥不易密封,常常會出現(xiàn)“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象,甚至會發(fā)生燃燒、爆炸、中毒、燙傷等惡性事故。例如：石油氣一旦泄漏,很容易引起火災；氨氣的逸散,是造成廠房爆炸的根源。 旋塞閥的用途與普通閥門的用途基本上沒有大的區(qū)別,主要用來切斷設備和管路的流通。旋塞閥處于關閉狀態(tài)時,閥體出口端密封面受到介質壓力的作用,加上閥體開孔對其結構造成的結構不連續(xù)以及對其強度削弱的影響,使得出口端密封面發(fā)生較大變形容易引起旋塞閥的密封泄漏。 本文以工程中常用的三通結構旋塞閥為例,根據(jù)旋塞閥的密封原理,對旋塞閥閥體進行變形和密封失效分析,通過簡化旋塞閥閥體分析模型,推導了旋塞閥閥體應力計算公式,結合物理方程及幾何方程,導出了閥體密封面變形計算公式,依據(jù)密封失效判據(jù),判斷閥體的強度和密封是否失效。同時,根據(jù)開孔補強設計,對密封失效的閥體進行加強設計,并推導了帶有加強件的旋塞閥閥體應力和密封面變形計算公式。利用優(yōu)化設計方法,采用C語言編程獲得了最佳設計方案。為了驗證理論分析和計算的合理性,本文采用ANSYS-Workbench有限元分析軟件作為建模和分析平臺,對公稱通徑DN200的三通結構旋塞閥應力分析及密封面變形分析進行了驗證計算,為工程設計提供了理論參考依據(jù)。
【關鍵詞】：旋塞閥 閥體密封面 強度變形 復合形法 結構優(yōu)化 有限元模擬
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TH134
【目錄】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 插圖索引11-12
• 附表索引12-13
• 第1章 緒論13-18
• 1.1 研究目的和意義13-14
• 1.1.1 研究目的13
• 1.1.2 研究意義13-14
• 1.2 旋塞閥的國內外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀14
• 1.2.2 國內發(fā)展現(xiàn)狀14-16
• 1.3 論文主要研究內容16
• 1.4 論文主要的探索和創(chuàng)新點16-17
• 1.5 本章小結17-18
• 第2章 旋塞閥概述18-24
• 2.1 概述18
• 2.2 旋塞閥的特點18
• 2.3 旋塞閥的分類18
• 2.4 旋塞閥的結構18-23
• 2.5 旋塞閥的選用23
• 2.6 本章總結23-24
• 第3章 旋塞閥密封失效分析24-30
• 3.1 旋塞閥的密封原理24
• 3.2 旋塞閥密封失效分析24
• 3.3 閥體應力分析24-28
• 3.3.1 閥體開孔對強度的影響25
• 3.3.2 圓筒容器小開孔應力分析25-26
• 3.3.3 閥體應力計算26-28
• 3.4 密封面變形分析28
• 3.5 本章小結28-30
• 第4章 結構優(yōu)化30-43
• 4.1 概述30
• 4.2 閥體補強方法30
• 4.3 優(yōu)化方法的定義30
• 4.4 最優(yōu)化問題數(shù)學模型30-31
• 4.5 機械優(yōu)化設計數(shù)學模型的建立31-32
• 4.5.1 設計變量31
• 4.5.2 約束條件31-32
• 4.5.3 目標函數(shù)32
• 4.6 旋塞閥加強件優(yōu)化設計數(shù)學描述32-35
• 4.6.1 設計變量32-33
• 4.6.2 性能約束33-34
• 4.6.2.1 閥體應力33-34
• 4.6.2.2 密封面變形34
• 4.6.3 邊界約束34-35
• 4.6.4 目標函數(shù)35
• 4.7 約束優(yōu)化方法概述35-36
• 4.8 優(yōu)化設計方法的選擇36-42
• 4.8.1 隨機方向法37-38
• 4.8.2 可行方向法38
• 4.8.3 懲罰函數(shù)法38-39
• 4.8.4 增廣乘子法39
• 4.8.5 線性逼近方法39-40
• 4.8.6 結構優(yōu)化法40-41
• 4.8.7 復合形法41-42
• 4.9 本章小結42-43
• 第5章 實例分析43-55
• 5.1 基本參數(shù)43
• 5.2 原結構閥體應力及變形分析43
• 5.3 旋塞閥有限元分析43-48
• 5.3.1 有限元法的基本思想43-44
• 5.3.2 有限元分析與ANSYS Workbench44
• 5.3.3 旋塞閥閥體有限元幾何模型的簡化44
• 5.3.4 旋塞閥閥體有限元幾何模型的建立44-45
• 5.3.5 網格劃分45-46
• 5.3.6 約束及載荷46
• 5.3.7 原結構旋塞閥閥體的應力分析46-47
• 5.3.8 原結構旋塞閥閥體的變形分析47-48
• 5.4 補強后的性能約束及目標函數(shù)計算48
• 5.5 補強后的旋塞閥閥體應力分析48-49
• 5.6 補強后的旋塞閥閥體變形分析49
• 5.7 加強圈及加強筋結構參數(shù)優(yōu)化49-51
• 5.8 優(yōu)化補強后的性能約束及目標函數(shù)計算51
• 5.9 優(yōu)化補強后的旋塞閥閥體應力分析51-52
• 5.10 優(yōu)化補強后的旋塞閥閥體變形分析52-53
• 5.11 性能約束及目標函數(shù)對比分析53
• 5.12 本章小結53-55
• 結論與展望55-57
• 參考文獻57-60
• 致謝60-61
• 附錄A 攻讀學位期間所發(fā)表的學術論文目錄61

【參考文獻】

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本文編號：558541