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南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
學(xué) 生 姓 名：
任蕾蕾
學(xué) 號(hào)：
05010203
專 業(yè)：
機(jī)械工程及自動(dòng)化
設(shè)計(jì)(論文)題目：
M200A氣瓶的三維造型設(shè)計(jì)
指 導(dǎo) 教 師:
黃新燕
2009年 3 月 22 日
開題報(bào)告填寫要求
1．開題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；
2．開題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見；
3．“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打印）在本開題報(bào)告第一欄目內(nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇科技論文的信息量，一般一本參考書最多相當(dāng)于三篇科技論文的信息量（不包括辭典、手冊）；
4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2009年3月15日”或“2009-03-15”。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫
2000字左右的文獻(xiàn)綜述：
文 獻(xiàn) 綜 述
摘要 簡單介紹了氣瓶的主要分類，對復(fù)合材料氣瓶在國內(nèi)外的一些研究和成果進(jìn)行了概括性的論述，并簡述了目前國內(nèi)這一行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r及前景；同時(shí)對CAD/CAM軟件（包括Auto CAD、Solid Works和Pro/E）在氣瓶三維設(shè)計(jì)中的運(yùn)用進(jìn)行了簡單的介紹。
關(guān)鍵詞 氣瓶 復(fù)合材料 三維CAD技術(shù) 設(shè)計(jì)
1 氣瓶的分類
1．1 按充裝介質(zhì)的性質(zhì)分類
（1） 永久氣體氣瓶
永久氣體(壓縮氣體)因其臨界溫度小于－10℃，常溫下呈氣態(tài)，所以稱為永久氣體，如氫、氧、氮、空氣、煤氣及氬、氦、氖、氪等。這類氣瓶一般都以較高的壓力充裝氣體，目的是增加氣瓶的單位容積充氣量，提高氣瓶利用率和運(yùn)輸效率。
（2） 液化氣體氣瓶
液化氣體氣瓶充裝時(shí)都以低溫液態(tài)灌裝。有些液化氣體的臨界溫度較低，裝入瓶內(nèi)后受環(huán)境溫度的影響而全部氣化。有些液化氣體的臨界溫度較高，裝瓶后在瓶內(nèi)始終保持氣液平衡狀態(tài)，因此，可分為高壓液化氣體和低壓液化氣體。
（3） 溶解氣體氣瓶
是專門用于盛裝乙炔的氣瓶。由于乙炔氣體極不穩(wěn)定，故必須把它溶解在溶劑(常見的為丙酮)中。氣瓶內(nèi)裝滿多孔性材料，以吸收溶劑。乙炔瓶充裝乙炔氣，一般要求分兩次進(jìn)行，第一次充氣后靜置8h以上，再第二次充氣。
1．2 按制造方法分類
（1） 鋼制無縫氣瓶
是以鋼坯為原料，經(jīng)沖壓拉伸制造或以無縫鋼管為材料，經(jīng)熱旋壓收口收底制造的鋼瓶。瓶體材料為采用堿性平爐、電爐或吹氧堿性轉(zhuǎn)爐冶煉的鎮(zhèn)靜鋼，如優(yōu)質(zhì)碳鋼、錳鋼、鉻鉬鋼或其它合金鋼。用于盛裝永久氣體(壓縮氣體)和高壓液化氣體。
（2） 鋼制焊接氣瓶
是以鋼板為原料，沖壓卷焊制造的鋼瓶。瓶體及受壓元件材料為采用平爐、電爐或氧化轉(zhuǎn)爐冶煉的鎮(zhèn)靜鋼，材料要求有良好的沖壓和焊接性能。這類氣瓶用于盛裝低壓液化氣體。
（3） 纏繞玻璃纖維氣瓶
是以玻璃纖維加粘結(jié)劑纏繞或碳纖維制造的氣瓶。一般有一個(gè)鋁制內(nèi)筒，其作用是保證氣瓶的氣密性，承壓強(qiáng)度則依靠玻璃纖維纏繞的外筒，這類氣瓶由于絕熱性能好、重量輕、多用于盛裝呼吸用壓縮空氣，供消防、毒區(qū)或缺氧區(qū)域作業(yè)人員隨身背挎并配以面罩使用。
1．3 按公稱工作壓力分類
氣瓶按公稱工作壓力分為高壓氣瓶和低壓氣瓶。
2 研究背景
在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)中，氣瓶制造業(yè)被認(rèn)為屬于朝陽工業(yè)范疇。氣體應(yīng)用技術(shù)在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)達(dá)到很高水平，全世界已有130種氣體要用氣瓶充裝，中國也達(dá)到了80余種。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國民生產(chǎn)總值每增加1%，氣瓶需求量就增加1.5%，而國際市場每年大約以5%的速度增長。全世界年需求氣瓶量可達(dá)到500萬支，產(chǎn)值約40億美元。這其中一部分自然也包括了新興的以“輕質(zhì)高強(qiáng)”為特點(diǎn)的復(fù)合材料氣瓶。據(jù)悉，全世界有300萬只復(fù)合材料氣瓶在運(yùn)行[1]。原有的各類氣瓶基本都是金屬氣瓶，而新型復(fù)合材料氣瓶具有良好的承載能力、密封性、抗腐蝕性以及安全性，既可以降低能源消耗和費(fèi)用，也不會(huì)像金屬氣瓶爆炸是產(chǎn)生碎片，所以將成為金屬氣瓶的最佳取代品。
3 研究現(xiàn)狀
3．1 國內(nèi)外對氣瓶的研究
自上世紀(jì)后半葉以來，復(fù)合材料氣瓶在西方國家得到飛速的發(fā)展。以CNG氣瓶的研發(fā)和開發(fā)方面為例，美國的Lincol公司、SCI公司和Hydospin公司都走在世界前列。改革開放后的中國自然也有所作為，國內(nèi)許多公司企業(yè)、科研院以及高度院校也紛紛加入到這個(gè)行列中來。經(jīng)過數(shù)年努力，他們都拿出了自己的產(chǎn)品或研究成果。
國內(nèi)的研發(fā)項(xiàng)目已經(jīng)解決了CNG氣瓶殼體預(yù)緊壓力設(shè)計(jì)和樹脂配方設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)，完成了樹脂配方全部原材料實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化及定型工作、建立了力學(xué)計(jì)算模型，確定了纖維纏繞角度、鋪層結(jié)構(gòu)的工藝參數(shù)，開展了爆破、公益性試驗(yàn)及振動(dòng)和疲勞性能研究、設(shè)計(jì)制造了兩工位計(jì)算機(jī)控制纖維纏繞機(jī)并形成了小規(guī)模生產(chǎn)能力的生產(chǎn)線，該技術(shù)還可在國防領(lǐng)域得到相關(guān)應(yīng)用。
3．2 主要研究內(nèi)容
目前，國內(nèi)對氣瓶的研究內(nèi)容有：對鋼制內(nèi)膽環(huán)向纖維纏繞氣瓶進(jìn)行系統(tǒng)研究[2]；對氣瓶設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)和受力情況進(jìn)行有限元分析[3,4]；對氣瓶進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對氣瓶的制造工藝提出全面分析，提出優(yōu)化制造工藝[5]；對鋼內(nèi)膽和復(fù)合材料層在疲勞試驗(yàn)中的模量匹配問題進(jìn)行深入研究，綜合考慮表面的壓應(yīng)力、疲勞應(yīng)力、鋼和玻璃纖維的彈性模量及在疲勞中應(yīng)變量和變形匹配，提出和完善復(fù)合材料纏繞工藝[6,7]。
4 三維CAD/CAM軟件在氣瓶設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
4．1 二維設(shè)計(jì)
從某種意義上來講，工程設(shè)計(jì)中沒有二維設(shè)計(jì)，只有用二維圖紙來表現(xiàn)三維設(shè)計(jì)[8]。過去，我們用傳統(tǒng)的鉛筆、圖版、丁字尺畫圖，后來用AutoCAD畫圖，其工作過程都是一樣的，只是介質(zhì)變了，但本質(zhì)沒變。他們都是工具畫圖，其工具本身沒有設(shè)計(jì)思想。用AutoCAD畫圖只能冠以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)[9]。
4．2 三維設(shè)計(jì)
三維設(shè)計(jì)與二維設(shè)計(jì)一樣，首先分析在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，體現(xiàn)主要設(shè)計(jì)成分的是設(shè)計(jì)師還是計(jì)算機(jī)。如果是設(shè)計(jì)師，而計(jì)算機(jī)偏重于表現(xiàn)，通過表現(xiàn)來幫助設(shè)計(jì)師完善設(shè)計(jì)方案，那么，計(jì)算機(jī)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中所承擔(dān)的是一個(gè)輔助角色，也是屬于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。
那么，何謂計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)呢？當(dāng)然是要強(qiáng)調(diào)“設(shè)計(jì)”二字，而不是“畫圖”，由計(jì)算機(jī)來完成整個(gè)或者部分的設(shè)計(jì)過程[10～12]。
4．3 氣瓶的三維設(shè)計(jì)
儲(chǔ)氣鋼瓶是壓力容器類產(chǎn)品，在強(qiáng)度、剛度和可靠性方面具有很高的要求。長期以來，鋼制氣瓶的設(shè)計(jì)依據(jù)是以屈服強(qiáng)度和常規(guī)五大指標(biāo)為基礎(chǔ)，給設(shè)計(jì)生產(chǎn)帶來一定的不確定性，借助有限元分析方法對鋼制氣瓶進(jìn)行應(yīng)力和變形（位移）分析，直觀反應(yīng)氣瓶工作狀況，為氣瓶制造和編制鋼制氣瓶技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)提供可靠的參考依據(jù)。氣瓶的設(shè)計(jì)和制造有專門的規(guī)程,但是有限元分析能使氣瓶設(shè)計(jì)達(dá)到相當(dāng)精確的程度,減少設(shè)計(jì)的盲目性,使氣瓶設(shè)計(jì)和優(yōu)化達(dá)到最佳程度。
?隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的飛速發(fā)展與功能的不斷完善，為工程技術(shù)人員提供的高效方法和手段越來越豐富。尤其是三維CAD/CAM軟件的廣泛應(yīng)用與普及，使得現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)逐步進(jìn)入三維設(shè)計(jì)時(shí)代。三維設(shè)計(jì)具有形象、直觀、精確、快速的特點(diǎn)，在產(chǎn)品開發(fā)、結(jié)構(gòu)分析、產(chǎn)品性能的評(píng)估、確定和優(yōu)化物理樣機(jī)參數(shù)過程中起到?jīng)Q定性作用，為新產(chǎn)品研發(fā)一次成功，提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
SolidWorks是基于Windows環(huán)境的軟件[13]。為廣大工程技術(shù)人員提供的用戶界面更友好，運(yùn)行環(huán)境更大眾化，各種專業(yè)功能更齊全。單一的Windows界面上無縫集成實(shí)體造型、有限元分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)、裝配、三維機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真、運(yùn)動(dòng)干涉檢查、工藝規(guī)程生成、數(shù)控加工、三維實(shí)體圖轉(zhuǎn)化二維工程圖、產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享與集成功能等。
美國PTC公司開發(fā)的Pro/E軟件是基于參數(shù)化的三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件，共有近30個(gè)大模塊，其功能非常強(qiáng)大，幾乎涵蓋了機(jī)械學(xué)科的各個(gè)專業(yè)。其中，實(shí)體造型、曲面造型、模具設(shè)計(jì)、數(shù)控加工、虛擬裝配、運(yùn)動(dòng)仿真、工程管理、工程圖繪制等都是它的基本功能。該軟件還提供了大量是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)模塊和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，其功能之豐富、專業(yè)程度之高、涵蓋面之廣，在眾多CAD軟件系列中都是少有的[14]。
5 結(jié)論
復(fù)合材料氣瓶屬于朝陽產(chǎn)業(yè)，目前正方興未艾。我國的復(fù)合材料氣瓶產(chǎn)業(yè)雖然才剛剛起步，但我國的纖維纏繞技術(shù)根基深厚，氣瓶制造只要堅(jiān)持下去，必有成績和回報(bào)[15]。而計(jì)算機(jī)三維設(shè)計(jì)的引入給設(shè)計(jì)領(lǐng)域的傳統(tǒng)方法帶來了一場變革，準(zhǔn)確掌握和應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，對軟件行業(yè)及機(jī)械行業(yè)都有著重大對意義。
參 考 文 獻(xiàn)
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
本課題主要完成M200A氣瓶這個(gè)產(chǎn)品中各個(gè)零件的三維造型、工程圖生成及最終的裝配并制定相應(yīng)的工藝文件。本課題研究的是鉬源氣瓶，鉬作為一種金屬元素，通常用作合金及不銹鋼的添加劑，它可增強(qiáng)合金的強(qiáng)度、硬度、可焊性及韌性，還可增強(qiáng)其耐高溫強(qiáng)度及耐腐蝕性能。但鉬是有毒物質(zhì)，所以鉬源氣瓶要求很高的密封性。
研究途徑:
1. 了解氣瓶所用的材料；
2. 分析氣瓶的結(jié)構(gòu)、造型；
3. 了解氣瓶的制造要求，氣瓶內(nèi)表面粗糙度；
4. 利用SolidWorks軟件完成零件造型、裝配及工程圖生成；
5. 編制相應(yīng)的工藝文件。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
指導(dǎo)教師意見：
1．對“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語：
根據(jù)課題任務(wù)和要求，進(jìn)行了相關(guān)文獻(xiàn)資料的查閱，對有關(guān)本課題的內(nèi)容進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼撌觯私饬苏n題的研究目的和意義，并對課題的研究現(xiàn)狀有了一定的認(rèn)識(shí)。體現(xiàn)了較好的查閱文獻(xiàn)的能力，達(dá)到了文獻(xiàn)綜述的要求。
2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測：
本課題是氣瓶的三維造型設(shè)計(jì)，課題具有一定的深度和廣度，工作量適中，按照任務(wù)書精度要求，認(rèn)真完成三維造型、裝配各個(gè)部分的內(nèi)容，應(yīng)能達(dá)到畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求。
指導(dǎo)教師：
年 月 日
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日