基于有限元分析的污泥干化圓盤結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計說明書.zip,基于,有限元分析,污泥,圓盤,結(jié)構(gòu),優(yōu)化,設(shè)計,說明書 題目名稱 基于有限元分析的污泥干化圓盤結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計 題目來源 國家、省（部）級 市、校級 企業(yè)（公司 ） R其他 題目類型 工程設(shè)計 R應(yīng)用研究 基礎(chǔ)研究 其他 一、畢業(yè)設(shè)計（論文）概述 隨著干化技術(shù)的發(fā)展，圓盤技術(shù)開始成熟并應(yīng)用到含油污泥處理。與帶式干化、回轉(zhuǎn)式干化、薄層干化、流化床及太陽能干化技術(shù)相比，圓盤干化具有占地小、效率高設(shè)備轉(zhuǎn)速低、壽命長、間接換熱、含水率可調(diào)，且系統(tǒng)簡單便于管理和易于實(shí)現(xiàn)自動化等優(yōu)點(diǎn)。 圓盤葉片作為臥式圓盤干化機(jī)中的重要干燥元件，其結(jié)構(gòu)和性能對圓盤干化機(jī)最終的干化效果起著至關(guān)重要的作用。因此，對圓盤結(jié)構(gòu)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(jī)中單個圓盤整體進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，以達(dá)到優(yōu)化圓盤干燥機(jī)工作性能，改善其原有不足，提高圓盤干燥機(jī)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(jìn)行建模分析。通過對比圓盤結(jié)構(gòu)在不同圓盤外周焊縫結(jié)構(gòu)情況下數(shù)值模擬出的應(yīng)力應(yīng)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(jié)構(gòu)在有無加強(qiáng)筋情況下的應(yīng)力應(yīng)變分布情況，確定圓盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步通過多因素多水平正交實(shí)驗，以應(yīng)力應(yīng)變情況為實(shí)驗指標(biāo)，確定圓盤內(nèi)部加強(qiáng)筋的分布情況，包括對加強(qiáng)筋的位置，長度，厚度及個數(shù)的布置情況，最終達(dá)到優(yōu)化圓盤結(jié)構(gòu)，進(jìn)而優(yōu)化圓盤干燥機(jī)處理效果的目的。 通過研究文獻(xiàn)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(jù)已給出的工況條件和要求尺寸等對單個圓盤整體進(jìn)行建模，并進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)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(shí)驗，綜合本課題的優(yōu)化內(nèi)容，制成四因素三水平正交實(shí)驗表，并對表中各實(shí)驗對象進(jìn)行有限元建模及數(shù)值模擬，提取后處理數(shù)據(jù)，通過極差分析，得出關(guān)于加強(qiáng)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(jìn)行建模分析，通過分析各種焊縫結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變分布情況，得出最優(yōu)的圓盤外周焊縫結(jié)構(gòu)。 （4）考慮實(shí)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(jié)構(gòu)數(shù)值模擬過程的影響。 此研究方案利用多因素多水平正交實(shí)驗和有限元法相結(jié)合，具有一定的科學(xué)性。 首先，正交實(shí)驗設(shè)計的基本程序包括實(shí)驗方案設(shè)計及實(shí)驗結(jié)果分析兩部分，用部分實(shí)驗代替全面實(shí)驗，通過對部分實(shí)驗結(jié)果的分析，能夠了解全面實(shí)驗的情況，從而找出最優(yōu)的水平組合。正交實(shí)驗中根據(jù)正交性從全面實(shí)驗中挑選出具有代表性的點(diǎn)進(jìn)行研究，是一種高效率、快速、經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗設(shè)計方法。 其次，利用ABAQUS軟件對圓盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模和分析，針對所需要確定的加強(qiáng)板尺寸、數(shù)量和位置等問題，通過對比不同正交實(shí)驗組的應(yīng)力分布和變形量等實(shí)驗指標(biāo)，最終能夠得出污泥干化機(jī)圓盤的最佳結(jié)構(gòu)。 二、畢業(yè)設(shè)計（論文）整體安排及進(jìn)度 1. 整體安排 2017-2018-1學(xué)期： 17-19周：課題介紹、熟悉課題、查閱文獻(xiàn)、翻譯外文資料、撰寫文獻(xiàn) 綜述。 2017-2018-2學(xué)期： 1-2周：數(shù)值模擬實(shí)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(shí)驗組的 數(shù)值計算。 5-6周：數(shù)值模擬計算結(jié)果后處理。 7-8周：數(shù)據(jù)分析、編寫畢業(yè)論文提綱。 9周：畢業(yè)實(shí)習(xí)。 10-11周：數(shù)據(jù)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(jìn)度情況 畢業(yè)論文進(jìn)行到中期，前期已完成包括文獻(xiàn)綜述和外文翻譯在內(nèi)的前期材料的編寫，并利用有限元軟件（ABAQUS）對單個圓盤結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行建模和數(shù)值模擬，確定數(shù)值模擬實(shí)驗方案按照四因素三水平正交實(shí)驗進(jìn)行。目前已完成所有正交實(shí)驗涉及實(shí)驗組的數(shù)值模擬以及其結(jié)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(jìn)度安排進(jìn)行。 三、畢業(yè)設(shè)計（論文）已完成的研究部分 畢業(yè)論文進(jìn)行到中期，已經(jīng)完成的工作包括前期材料的編寫和針對污泥干化機(jī)中單個圓盤整體結(jié)構(gòu)數(shù)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(xiàn)綜述和外文翻譯在內(nèi)的前期材料的編寫工作。 學(xué)習(xí)課題相關(guān)有限元分析軟件ABAQUS，為針對圓盤結(jié)構(gòu)的建模和分析奠定基礎(chǔ)。 2. 針對圓盤結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬 2.1 模型建立 圓盤干燥機(jī)在運(yùn)行過程中，蒸汽從中部直徑較小的蒸汽管道進(jìn)入到圓盤結(jié)構(gòu)中，與圓盤充分接觸后，從直徑較大的管道排出。根據(jù)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(qiáng)筋時的圓盤結(jié)構(gòu) 圖2 有加強(qiáng)筋時的圓盤結(jié)構(gòu) 根據(jù)實(shí)際工況，確定該模型的邊界條件（如圖3）為固定內(nèi)外蒸汽管道y，z方向的位移及旋轉(zhuǎn)，即U2=0，U3=0，UR2=0，UR3=0。對模型施加的機(jī)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(shù)值模擬結(jié)果 2.2.1 無加強(qiáng)筋圓盤結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬結(jié)果 圓盤結(jié)構(gòu)在沒有加強(qiáng)筋時所受應(yīng)力情況如圖4，由數(shù)值模擬結(jié)果可知，在無加強(qiáng)筋時，最大應(yīng)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(yīng)力。 圖4 圓盤結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布（無加強(qiáng)筋） 圓盤結(jié)構(gòu)在沒有加強(qiáng)筋時變形情況如圖5，由數(shù)值模擬結(jié)果可知，在無加強(qiáng)筋時，最大變形量連續(xù)分布于兩側(cè)圓盤中部。 圖5 圓盤結(jié)構(gòu)變形量（無加強(qiáng)筋） 2.2.2 有加強(qiáng)筋圓盤結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬結(jié)果 圓盤結(jié)構(gòu)在有加強(qiáng)筋時，所受應(yīng)力情況如圖6，由數(shù)值模擬結(jié)果可知，在有加強(qiáng)筋時，最大應(yīng)力在加強(qiáng)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(yīng)力較小。 圖6 圓盤結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布（含加強(qiáng)筋） 圓盤結(jié)構(gòu)在有加強(qiáng)筋時，變形量如圖7，由數(shù)值模擬結(jié)果可知，在有加強(qiáng)筋時，變形量最大位置雖仍處于兩側(cè)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(jié)構(gòu)變形量（含加強(qiáng)筋） 2.3 正交實(shí)驗 考慮到本課題針對圓盤結(jié)構(gòu)內(nèi)加強(qiáng)筋的優(yōu)化包括對其長度，厚度，位置及個數(shù)等四個方面的優(yōu)化，采用四因素三水平正交實(shí)驗?zāi)軌蜉^為高效的解決這類問題。進(jìn)行正交實(shí)驗的因素水平表見表1，實(shí)驗方案表見表2。 表1 圓盤結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋優(yōu)化實(shí)驗因素水平表 水平 實(shí)驗因素 長度/mm 厚度/mm 內(nèi)端直徑/mm 個數(shù) 1 80 6 400 6 2 100 8 450 8 3 120 10 500 10 表2 圓盤結(jié)構(gòu)加強(qiáng)筋優(yōu)化實(shí)驗方案 實(shí)驗號 因素 長度/mm 厚度/mm 內(nèi)端直徑/mm 個數(shù) 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(jù)所列正交實(shí)驗表，建立并模擬出表中各實(shí)驗號對應(yīng)的模型，為后續(xù)優(yōu)化方案的確定奠定基礎(chǔ)。 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(biāo)，對正交實(shí)驗進(jìn)行結(jié)果分析，進(jìn)而通過對比各因素的主次地位，確定圓盤加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的最終優(yōu)化方案。 2. 在完成加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)優(yōu)化之后，對確定的含加強(qiáng)筋圓盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊縫優(yōu)化。 3. 分析溫度載荷對圓盤結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬的影響。 4. 綜合分析數(shù)據(jù)，完成畢業(yè)論文的編寫。 五、畢業(yè)設(shè)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(fèi)了許多時間。 2. 一開始并不明確含加強(qiáng)筋圓盤結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，在老師指導(dǎo)下最終確定圓盤結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案。 3. 圓盤結(jié)構(gòu)的優(yōu)化過程層層遞進(jìn)，軟件模擬分析耗費(fèi)較長時間，后期需要在分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上再進(jìn)行部分結(jié)構(gòu)優(yōu)化，可能會產(chǎn)生時間較為緊張的情況。 學(xué)生（簽字）顧宇彤2018年4月27日 指導(dǎo)教師（簽字） 年 月 日