鋼管水壓機步進機構結構特性分析及優(yōu)化設計.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)品的質量和使用的安全可靠性日益成為人們關注的焦點。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。而步進機構作為鋼管水壓機中唯一與鋼管長時間接觸，并通過四機構聯(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，其結構強度的高低，剛度的大小，結構設計是否合理，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在強度、剛度和結構設計方面存在的問題，本文在以往研究的基礎上，以斷裂理論、彈塑性理論和優(yōu)化設計理論為研究基礎，以三維建模軟件Pro/E和有限元分析軟件ANSYS為研究平臺，從設計的角度對鋼管水壓機步進機構分別進行了焊接結構缺陷失效評定分析和穩(wěn)定性分析，并在保證機構強度和剛度的前提下，對步進機構主要承重件--架體進行了拓撲優(yōu)化設計。具體工作和結論如下：
　　 1、通過對鋼管水壓機步進

3、機構焊接結構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構缺陷失效的方法。通過引入工程實例并結合試驗，結果可知誤差在設計允許范圍內(nèi)。此種方法對工程質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，所受載荷應小于0.542e8N，滿足

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