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基于SolidWorks的安全阀虚拟仿真技术研究

作　者: 廖伟
导　师: 王成恩
学　校: 东北大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 安全阀运动仿真流动特性有限元分析 SolidWorks COSMOS
分类号: TH134
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 156次
引　用: 1次
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内容摘要

安全阀是国民经济建设中使用极为广泛的一种机械产品。它是锅炉、压力容器、压力管道上的重要安全装置之一,安全阀性能的优劣直接关系着设备、生产及人身的安全。随着市场经济的发展,国内外对安全阀的需求量愈来愈大,用户对产品的质量、更新速度以及产品从设计到投放市场的周期提出了愈来愈高的要求。为了减少物理样机的试验次数和制造成本、缩短设计周期、增强市场应变能力,本文利用计算机虚拟设计与仿真技术,实现安全阀在计算机平台下的的虚拟设计及工作性能仿真分析。本课题以应用研究为侧重点,重点预知和掌握已设计完成的安全阀结构的可行性、合理性。通过对大量的国内外参考文献的分析整理,结合实机实地考察,运用机械理论和机械设计方法对安全阀进行了理论分析,利用SolidWorks软件对安全阀进行虚拟设计,应用COSMOS对虚拟样机作了运动仿真、阀道流动特性分析、关键部件有限元分析。不仅可以减少物理样机的试制、试验,而且使得原来在二维图纸上难以表达和设计的运动相对位置和干涉变得非常直观和易于修改。首先通过运动仿真得出了安全阀的开启压力和回座压力,其次通过对阀道的数值可视化模拟分析了安全阀中产生振动、噪声、气蚀的原因,同时利用SolidWorks二次开发功能,编制安全阀理论排量算式DLL,加载到SolidWorks中,以供计算安全阀的各种试验介质的理论排量,最后对阀瓣进行了有限元强度分析,并在满足阀瓣整体强度性能的前提下对其进行结构优化。通过利用计算机虚拟设计与仿真技术,充分发挥CAE技术的优势,避免了通过反复多次的物理试验产生的大量冗余的中间废品和半成品,这将大大简化产品的设计开发过程,缩短开发周期,减少开发费用,提高产品设计质量。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-21
  1.1 引言  11-12
  1.2 安全阀概述  12-17
    1.2.1 安全阀的功能和分类  12-14
    1.2.2 安全阀的设计和性能要求  14-15
    1.2.3 国内外安全阀的研究发展现状  15-17
  1.3 课题研究的目的、意义及内容  17-21
    1.3.1 课题研究的目的和意义  17
    1.3.2 课题研究的方法和内容  17-18
    1.3.3 本文主要工作  18-21
第2章安全阀结构建模与虚拟装配分析  21-33
  2.1 弹簧直接式载荷安全阀的结构及原理  21-23
    2.1.1 安全阀的结构  21-22
    2.1.2 安全阀的工作原理  22-23
  2.2 基于SolidWorks的安全阀建模与装配  23-32
    2.2.1 SolidWorks介绍  23-24
    2.2.2 安全阀关键零部件的结构建模  24-28
    2.2.3 安全阀的虚拟装配  28-30
    2.2.4 安全阀装配体的分析  30-32
  2.3 本章小结  32-33
第3章安全阀虚拟样机的运动仿真分析  33-45
  3.1 虚拟样机技术简介  33-34
  3.2 安全阀虚拟样机的建立  34-39
    3.2.1 COSMOS/Motion介绍  34-35
    3.2.2 约束添加  35-36
    3.2.3 运动副设置  36-37
    3.2.4 弹簧设置  37-39
  3.3 安全阀的动作性能仿真  39-44
    3.3.1 仿真参数设置  39-40
    3.3.2 驱动力加载  40-42
    3.3.3 仿真结果分析  42-43
    3.3.4 录制动画  43-44
  3.4 本章小结  44-45
第4章阀道流动特性分析与排量计算  45-63
  4.1 CFD基础  45-50
    4.1.1 CFD概述  45-46
    4.1.2 紊流特性  46-47
    4.1.3 紊流模型  47-50
  4.2 阀道流动特性分析  50-55
    4.2.1 COSMOS/FloWorks介绍  50-51
    4.2.2 介质参数及解析假定  51-52
    4.2.3 阀道的几何及网格模型  52-53
    4.2.4 边界条件  53
    4.2.5 仿真结果分析  53-55
  4.3 安全阀理论排量计算  55-62
    4.3.1 理论排量  55-58
    4.3.2 菜单开发  58-59
    4.3.3 理论排量计算程序开发及应用  59-62
  4.4 本章小结  62-63
第5章阀瓣的静力学分析及优化  63-75
  5.1 有限元法及优化设计概述  63-68
    5.1.1 有限元法概述  63
    5.1.2 有限元法的弹性力学基础理论  63-67
    5.1.3 优化设计概述  67-68
  5.2 阀瓣静力学分析  68-72
    5.2.1 COSMOS/Works介绍  68-69
    5.2.2 定义材质  69
    5.2.3 网格划分  69-70
    5.2.4 约束和载荷施加  70-71
    5.2.5 计算分析  71-72
  5.3 阀瓣结构的优化设计  72-74
    5.3.1 问题描述及其参数设计  72-73
    5.3.2 优化设计结果  73-74
  5.4 本章小结  74-75
第6章结论与展望  75-77
  6.1 结论  75
  6.2 展望  75-77
参考文献  77-81
致谢  81

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