抽放射性气体涡旋真空泵主要零件的有限元分析

摘要

随着科学技术的飞速发展，对于全密封式无油涡旋真空泵的需求显得日趋迫切。特别是在高纯气体、核工业气体的传输和储存以及半导体电子器件生产中稀有气体的回收和电子工业中无油清洁系统中全密封式无油涡旋真空泵有着广泛的应用。在全密封式无油真空泵中，起密封作用的波纹管至关重要。如果波纹管密封性不好，出现泄漏，则全密封式无油真空泵无法达到较高的真空度，不能满足工程实际需要。一旦泵中这些放射性气体出现泄漏，不仅带来生产安全隐患，而且会污染环境，严重的还将引起重大事故。
　　全密封式无油涡旋真空泵在工作时，泵中的波纹管在偏心结构的作用下，产生振动;而波纹管振动时长期承受交变载荷，于是包括疲劳失效在内的各种类型的损伤和破坏就成为影响波纹管使用性能和使用寿命的主要因素。
　　本文结合实际需要，对抽放射性气体的涡旋真空泵中机械密封的波纹管进行了研究;首先对波纹管进行模态分析，得到基本振型，求出其固有频率，避免实际应用中引起共振，同时模拟出波纹管在模态分析中产生的变形和振动应力，得到应力、应变、频率关系曲线，为波纹管的动态响应分析提供可靠的基础;其次分析了波纹管在持续的周期载荷作用下的动态响应，求出了响应值（位移）-频率曲线，证明了模态分析结果的可靠性;最后应用ANSYS Workbench(AWE)软件中的平均应力修正法，对波纹管进行疲劳寿命分析，得到波纹管的疲劳寿命，计算结果基本符合实际生产的破损情况。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．1．1 课题研究的背景

1．1．2 课题研究的意义

1．2 波纹管的发展状况

1．2．1 波纹管国外的发展

1．2．2 波纹管国内的发展

1．3 课题研究的方法及主要内容

1．3．1 课题研究的方法

1．3．2 课题研究的主要内容

第2章 波纹管的结构工艺及其应用

2．1 波纹管的类型及特点

2．1．1 波纹管的类型

2．1．2 波纹管的特点

2．2 波纹管的材料及加工成型方法

2．2．1 波纹管的材料

2．2．2 波纹管的加工成型方法

2．3 波纹管的应用

2．4 本章小结

第3章 有限元模型的建立

3．1 有限元概述

3．1．1 有限元方法

3．1．2 大型通用有限元软件ANSYS应用

3．1．3 ANSYS Workbench介绍

3．2 涡旋真空泵的结构简介

3．3 波纹管几何实体模型的建立

3．3．1 实体模型建立的方法

3．3．2 波纹管实体模型

3．4 波纹管有限元模型的建立

3．4．1 模型的简化

3．4．2 单元的选择和参数的确定

3．4．3 边界条件的确定

3．4．4 网格划分

3．4．5 波纹管的有限元模型

3．5 本章小结

第4章 波纹管的动力学分析

4．1 波纹管的模态分析

4．1．1 模态分析的发展和应用

4．1．2 模态分析理论基础

4．1．3 模态分析的基本步骤

4．1．4 模态分析结果

4．2 波纹管的谐响应分析

4．2．1 谐响应分析及其应用

4．2．2 谐响应分析的基本理论

4．2．3 谐响应的分析方法

4．2．4 谐响应分析步骤

4．2．5 谐响应分析的结果

4．3 本章小结

第5章 波纹管的疲劳寿命分析

5．1 疲劳寿命分析概述

5．1．1 疲劳载荷类型与基本术语

5．1．2 疲劳失效特征

5．1．3 疲劳的类型

5．1．4 影响疲劳寿命的因素

5．1．5 疲劳分析方法

5．2 疲劳寿命S-N曲线的确定

5．3 ANSYS Workbench中平均应力的纠正方法

5．4 波纹管的疲劳寿命分析

5．4．1 波纹管材料S-N曲线

5．4．2 位移变化谱

5．4．3 求解参数设置

5．4．4 计算结果分析

5．5 本章小结

第6章 总结和展望

6．1 总结

6．2 创新点

6．3 展望

参考文献

致谢