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钢骨架增强塑料复合管道的力学性能分析与优化设计
| 论文题名： | 钢骨架增强塑料复合管道的力学性能分析与优化设计 |
| 关键词： | 钢骨架增强;复合管道;力学性能;优化设计;ANSYS软件 |
| 摘要： | 目前,对钢骨架增强塑料复合管道的市场需求不断增加;与此同时,对其工作性能的要求也在不断提高。因此,深入研究管道设计中的力学性能分析与优化问题,可以为解决实际问题寻求理论指导,不仅关系到管道系统使用安全,而且直接影响生产成本,因而得到广泛地重视。 本论文利用有限元法和有限元分析软件ANSYS对两种结构的钢骨架增强塑料复合管道进行数值仿真,建立其数学模型及有限元模型,在不同条件下,针对管道特定的力学特性进行分析并完成了管道的结构优化设计。 首先,对复合管道或复合材料制成的管状结构的强度、变形,破坏机理等力学性能的研究进展进行综述,对钢骨架增强塑料复合管道的结构特点、性能进行了分析。 其次,研究了钢骨架增强塑料复合管道在内压和水锤载荷作用下的应力应变分布情况,分析不同管道参数和约束方式对计算结果的影响,理论分析与数值计算对比表明,有限元能较好并且直观地预测复合管道受力变形情况,建立的复合管道参数化有限元模型合理并且精准。 然后,分析了温度对钢骨架增强塑料复合管道力学性能的影响,在ANSYS软件中利用间接分析法对复合管道进行热-应力分析,得出在不同温度下管道的温度场分布图,观察受力变形情况,根据得到的管道自由膨胀的热伸长,计算出了线膨胀系数。 最后,结合APDL语言完成了钢骨架增强塑料复合管道的结构优化。以抽象出的管道特征参数作为设计变量,以最大变形量和最大等效应力作为状态变量,以体积最小为目标函数对复合管道进行参数化优化设计,优化结果为开发新型管道提供了理论基础和设计参考。 研究结果表明,钢骨架增强塑料复合管道集塑料与金属的优势于一身,力学性能优良,在复合管道分析设计过程中借助CAE理论和技术,可以为新型管道产品的设计开发、结构优化、耗材减少、品质提高、增强产品的市场竞争力,提供重要的指导 |
| 作者： | 赵晶晶 |
| 专业： | 仪器科学与技术 |
| 导师： | 徐安平;刘丽冰;朱东彬 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 河北工业大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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