隔膜泵用U型隔膜的设计方法研究及结构优化

摘要

本文结合《浙江省科技厅重大专项高浓度固液两相隔膜式输送用泵开发》科研工作，针对传统隔膜泵产品存在隔膜径向尺寸大，导致产品笨重的问题，提出了一种新型隔膜泵用U型隔膜；鉴于目前U型隔膜设计依据的空白，本文借助ANSYS、First-Optimization、Matlab等软件，对U型隔膜的运动变形规律、容腔大小变化、变形与应力分布规律进行了较全面的分析研究，旨在探索U型隔膜变形理论与工程设计方法。主要的研究工作包括： 1.提出一种新型隔膜泵用隔膜--U型隔膜。 2.建立了U型隔膜挠曲变形的数学方程。应用有限元分析软件ANSYS建立U型隔膜轴对称模型，并对该构件进行仿真试验，在后处理中提取U型隔膜的位移数据，并应用First-Optimization、Matlab等软件进行数据处理，得到U型隔膜在不同压缩、拉伸变形下对应的挠曲变形曲线，并拟合出其数学方程，总结了挠曲变形运动规律。 3.推导出U型隔膜工作容腔计算公式。U型隔膜容腔容积的大小与泵的主要性能参数--流量密切相关，本文通过对U型隔膜的运动分析，推导出隔膜结构参数与容腔容积之间的函数关系，为隔膜泵用U型隔膜及其工作容腔的设计计算提供了理论依据。 4.建立了U型隔膜挠曲变形工作应力简化计算模型。通过对U型隔膜的边界条件进行分析，提出四点假设，同时借助ANSYS软件建立简化模型，对U型隔膜进行应力计算，并与同等工况下平板隔膜的应力分布对比；分析了U型隔膜在不同位移载荷下的应力分布特点。 5.提出U型隔膜优化方案。通过对U型隔膜形状进行优化设计，使U型隔膜在工作过程中，承受最大位移载荷作用时，其整体应力值降低，且使内、外表面应力分布均匀化，避免产生应力集中。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题的来源和研究意义

1.1.1课题来源

1.1.2研究目的及意义

1.2隔膜研究现状

1.2.1 概述

1.2.2隔膜的国内外研究现状

1.3本文研究的主要内容

第2章U型隔膜结构与设计方法

2.1一种新型隔膜结构

2.1.1传统平板隔膜

2.1.2 U型隔膜

2.2隔膜的设计准则

2.3 U型隔膜挠曲变形的分析研究

2.3.1 非线性有限元技术

2.3.2 U型隔膜机构的运动仿真研究方法

2.3.3建模与仿真计算

2.3.4结果分析

2.4本章小结

第3章U型隔膜工作容积

3.1 U型隔膜工作容腔容积

3.1.1 U型隔膜工作容腔容积计算方法

3.1.2工程实例计算

3.2 U型隔膜实物与安装结构

3.3本章小结

第4章U型隔膜的优化设计

4.1 隔膜的有限元分析

4.1.1传统平板隔膜的应力分析

4.1.2 U型隔膜的非线性有限元分析

4.2隔膜的形状优化

4.2.1 隔膜的优化准则

4.2.2 隔膜的优化设计基本原理及步骤

4.2.3 隔膜的形状优化

4.3本章小结

第5章结论与展望

5.1 结论

5.2展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间所做的科研工作