鋼管水壓機步進機構(gòu)結(jié)構(gòu)特性分析及優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、能源工業(yè)的快速發(fā)展，帶動了管道運輸業(yè)和鋼管工業(yè)的繁榮。與此同時，鋼管產(chǎn)品的質(zhì)量和使用的安全可靠性日益成為人們關(guān)注的焦點。而鋼管水壓機正是基于此背景開發(fā)的一種利用油水平衡控制對鋼管進行靜水壓試驗的機組。因此，其性能的高低直接影響著鋼管實驗的準確性。而步進機構(gòu)作為鋼管水壓機中唯一與鋼管長時間接觸，并通過四機構(gòu)聯(lián)動，對鋼管實行下架、對中卡緊、上架以及移動等動作的單機，其結(jié)構(gòu)強度的高低，剛度的大小，結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理，都嚴重影響著鋼管水壓機的工作

2、性能。
　　 為了解決鋼管水壓機步進機構(gòu)在強度、剛度和結(jié)構(gòu)設(shè)計方面存在的問題，本文在以往研究的基礎(chǔ)上，以斷裂理論、彈塑性理論和優(yōu)化設(shè)計理論為研究基礎(chǔ)，以三維建模軟件Pro/E和有限元分析軟件ANSYS為研究平臺，從設(shè)計的角度對鋼管水壓機步進機構(gòu)分別進行了焊接結(jié)構(gòu)缺陷失效評定分析和穩(wěn)定性分析，并在保證機構(gòu)強度和剛度的前提下，對步進機構(gòu)主要承重件--架體進行了拓撲優(yōu)化設(shè)計。具體工作和結(jié)論如下：
　　 1、通過對鋼管水壓機步進

3、機構(gòu)焊接結(jié)構(gòu)進行缺陷失效評定分析，找到了一種簡單實用且合理有效地評定焊接結(jié)構(gòu)缺陷失效的方法。通過引入工程實例并結(jié)合試驗，結(jié)果可知誤差在設(shè)計允許范圍內(nèi)。此種方法對工程質(zhì)檢人員具有一定的實際參考價值。
　　 2、通過對鋼管水壓機步進機構(gòu)架體進行非線性屈曲分析，得到了架體在鋼管下架、架體支撐、鋼管對中卡緊和鋼管上架四種工況下的失穩(wěn)載荷。綜合比較四種工況下的失穩(wěn)載荷可知，架體在各工況下均不發(fā)生失穩(wěn)時，所受載荷應(yīng)小于0.542e8N，滿足

4、此條件即可保證機構(gòu)剛度要求。
　　 3、通過對鋼管水壓機步進機構(gòu)架體進行優(yōu)化前非線性靜力分析，得到了機構(gòu)架體在外部載荷作用下的最大應(yīng)力值和最大變形值?？芍瑑?yōu)化前應(yīng)力和變形遠遠超過設(shè)計要求。
　　 4、通過對鋼管水壓機步進機構(gòu)架體進行降重30％的拓撲優(yōu)化設(shè)計，得出多余重量主要集中在架體兩側(cè)板、架體U形支撐板和U形擋板上。
　　 5、通過對鋼管水壓機步進機構(gòu)架體進行優(yōu)化后非線性靜力分析，得到了機構(gòu)架體在外部載荷作用