基于有限元分析的污泥干化圓盤結構優(yōu)化設計說明書.zip,基于,有限元分析,污泥,圓盤,結構,優(yōu)化,設計,說明書 題目名稱 基于有限元分析的污泥干化圓盤結構優(yōu)化設計 題目來源 國家、?。ú浚┘? 市、校級 企業(yè)（公司 ） R其他 題目類型 工程設計 R應用研究 基礎研究 其他 一、畢業(yè)設計（論文）概述 隨著干化技術的發(fā)展，圓盤技術開始成熟并應用到含油污泥處理。與帶式干化、回轉式干化、薄層干化、流化床及太陽能干化技術相比，圓盤干化具有占地小、效率高設備轉速低、壽命長、間接換熱、含水率可調，且系統(tǒng)簡單便于管理和易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點。 圓盤葉片作為臥式圓盤干化機中的重要干燥元件，其結構和性能對圓盤干化機最終的干化效果起著至關重要的作用。因此，對圓盤結構的優(yōu)化工作是十分重要的。 本課題旨在利用有限元軟件ABAQUS對某企業(yè)KJG-100型污泥干化機中單個圓盤整體進行結構優(yōu)化設計，以達到優(yōu)化圓盤干燥機工作性能，改善其原有不足，提高圓盤干燥機效能以及企業(yè)市場競爭力的目的。 在研究過程中，利用有限元分析軟件ABAQUS，對單個圓盤整體進行建模分析。通過對比圓盤結構在不同圓盤外周焊縫結構情況下數值模擬出的應力應變分布情況，確定圓盤外周焊縫的最優(yōu)形式；通過對比圓盤結構在有無加強筋情況下的應力應變分布情況，確定圓盤內部結構，從而進一步通過多因素多水平正交實驗，以應力應變情況為實驗指標，確定圓盤內部加強筋的分布情況，包括對加強筋的位置，長度，厚度及個數的布置情況，最終達到優(yōu)化圓盤結構，進而優(yōu)化圓盤干燥機處理效果的目的。 通過研究文獻資料與討論，確定課題研究方案如下： （1）利用有限元分析軟件ABAQUS，根據已給出的工況條件和要求尺寸等對單個圓盤整體進行建模，并進行相關參數設置（包括各部件材料屬性、邊界條件、載荷情況等的確定）。 （2）利用多因素多水平正交實驗，綜合本課題的優(yōu)化內容，制成四因素三水平正交實驗表，并對表中各實驗對象進行有限元建模及數值模擬，提取后處理數據，通過極差分析，得出關于加強筋布置情況的最優(yōu)因素組合。 （3）針對不同圓盤外周焊縫情況進行建模分析，通過分析各種焊縫結構的應力應變分布情況，得出最優(yōu)的圓盤外周焊縫結構。 （4）考慮實際工況，在建模過程中加入溫度載荷，討論分析溫度場對圓盤結構數值模擬過程的影響。 此研究方案利用多因素多水平正交實驗和有限元法相結合，具有一定的科學性。 首先，正交實驗設計的基本程序包括實驗方案設計及實驗結果分析兩部分，用部分實驗代替全面實驗，通過對部分實驗結果的分析，能夠了解全面實驗的情況，從而找出最優(yōu)的水平組合。正交實驗中根據正交性從全面實驗中挑選出具有代表性的點進行研究，是一種高效率、快速、經濟的實驗設計方法。 其次，利用ABAQUS軟件對圓盤結構進行建模和分析，針對所需要確定的加強板尺寸、數量和位置等問題，通過對比不同正交實驗組的應力分布和變形量等實驗指標，最終能夠得出污泥干化機圓盤的最佳結構。 二、畢業(yè)設計（論文）整體安排及進度 1. 整體安排 2017-2018-1學期： 17-19周：課題介紹、熟悉課題、查閱文獻、翻譯外文資料、撰寫文獻 綜述。 2017-2018-2學期： 1-2周：數值模擬實驗方案的確定。 3-4周：利用有限元軟件（ABAQUS）開展（多因素多水平）實驗組的 數值計算。 5-6周：數值模擬計算結果后處理。 7-8周：數據分析、編寫畢業(yè)論文提綱。 9周：畢業(yè)實習。 10-11周：數據分析，編寫畢業(yè)論文。 12-13周：匯編畢業(yè)論文，整理畢業(yè)答辯材料，提交全部畢業(yè)論文材料。 14周：畢業(yè)論文材料查重及修改。 15-16周：完成答辯，并對答辯材料做最后完善。 2. 進度情況 畢業(yè)論文進行到中期，前期已完成包括文獻綜述和外文翻譯在內的前期材料的編寫，并利用有限元軟件（ABAQUS）對單個圓盤結構整體進行建模和數值模擬，確定數值模擬實驗方案按照四因素三水平正交實驗進行。目前已完成所有正交實驗涉及實驗組的數值模擬以及其結果后處理，同時，完成了畢業(yè)論文提綱的編寫確定工作?；灸軌虬凑照w進度安排進行。 三、畢業(yè)設計（論文）已完成的研究部分 畢業(yè)論文進行到中期，已經完成的工作包括前期材料的編寫和針對污泥干化機中單個圓盤整體結構數值模擬。已完成工作具體展開如下： 1. 前期工作 完成包括文獻綜述和外文翻譯在內的前期材料的編寫工作。 學習課題相關有限元分析軟件ABAQUS，為針對圓盤結構的建模和分析奠定基礎。 2. 針對圓盤結構的數值模擬 2.1 模型建立 圓盤干燥機在運行過程中，蒸汽從中部直徑較小的蒸汽管道進入到圓盤結構中，與圓盤充分接觸后，從直徑較大的管道排出。根據初步模型，在ABAQUS中建立單個圓盤整體模型（如圖1-2）。 圖1 無加強筋時的圓盤結構 圖2 有加強筋時的圓盤結構 根據實際工況，確定該模型的邊界條件（如圖3）為固定內外蒸汽管道y，z方向的位移及旋轉，即U2=0，U3=0，UR2=0，UR3=0。對模型施加的機械載荷為與蒸汽接觸部分均受0.6MPa的蒸汽壓力。 圖3 邊界條件 2.2 數值模擬結果 2.2.1 無加強筋圓盤結構數值模擬結果 圓盤結構在沒有加強筋時所受應力情況如圖4，由數值模擬結果可知，在無加強筋時，最大應力在圓盤和外部蒸汽軸連接的環(huán)焊縫處，上下兩圓盤連接的環(huán)焊縫處也受較大應力。 圖4 圓盤結構應力分布（無加強筋） 圓盤結構在沒有加強筋時變形情況如圖5，由數值模擬結果可知，在無加強筋時，最大變形量連續(xù)分布于兩側圓盤中部。 圖5 圓盤結構變形量（無加強筋） 2.2.2 有加強筋圓盤結構數值模擬結果 圓盤結構在有加強筋時，所受應力情況如圖6，由數值模擬結果可知，在有加強筋時，最大應力在加強筋和和上下圓盤連接焊縫端部，且分布面積較小，上下圓盤連接環(huán)焊縫以及圓盤和蒸汽軸連接環(huán)焊縫等較為脆弱的部分所受應力較小。 圖6 圓盤結構應力分布（含加強筋） 圓盤結構在有加強筋時，變形量如圖7，由數值模擬結果可知，在有加強筋時，變形量最大位置雖仍處于兩側圓盤中部，但較為分散，并未出現(xiàn)大面積集中劇烈形變，變形量分布更為合理。 圖7 圓盤結構變形量（含加強筋） 2.3 正交實驗 考慮到本課題針對圓盤結構內加強筋的優(yōu)化包括對其長度，厚度，位置及個數等四個方面的優(yōu)化，采用四因素三水平正交實驗能夠較為高效的解決這類問題。進行正交實驗的因素水平表見表1，實驗方案表見表2。 表1 圓盤結構加強筋優(yōu)化實驗因素水平表 水平 實驗因素 長度/mm 厚度/mm 內端直徑/mm 個數 1 80 6 400 6 2 100 8 450 8 3 120 10 500 10 表2 圓盤結構加強筋優(yōu)化實驗方案 實驗號 因素 長度/mm 厚度/mm 內端直徑/mm 個數 1 1 1 1 1 2 1 2 2 2 3 1 3 3 3 4 2 1 2 3 5 2 2 3 1 6 2 3 1 2 7 3 1 3 2 8 3 2 1 3 9 3 3 2 1 根據所列正交實驗表，建立并模擬出表中各實驗號對應的模型，為后續(xù)優(yōu)化方案的確定奠定基礎。 四、下一部分的工作安排 1. 用極差分析法，采用不同考察指標，對正交實驗進行結果分析，進而通過對比各因素的主次地位，確定圓盤加強筋結構的最終優(yōu)化方案。 2. 在完成加強筋結構優(yōu)化之后，對確定的含加強筋圓盤結構進行焊縫優(yōu)化。 3. 分析溫度載荷對圓盤結構數值模擬的影響。 4. 綜合分析數據，完成畢業(yè)論文的編寫。 五、畢業(yè)設計（論文）工作中存在的問題 1. 前期建模過程中，不能熟練掌握有限元軟件ABAQUS的使用方法，在建模過程中浪費了許多時間。 2. 一開始并不明確含加強筋圓盤結構的優(yōu)化方法，在老師指導下最終確定圓盤結構優(yōu)化方案。 3. 圓盤結構的優(yōu)化過程層層遞進，軟件模擬分析耗費較長時間，后期需要在分析數據的基礎上再進行部分結構優(yōu)化，可能會產生時間較為緊張的情況。 學生（簽字）顧宇彤2018年4月27日 指導教師（簽字） 年 月 日