氢主阀波纹管组件灵活性分析及其实验研究

发布时间：2017-09-11 06:18

  本文关键词：氢主阀波纹管组件灵活性分析及其实验研究

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【摘要】：氢主阀波纹管组件是火箭发动机的关键部件之一,波纹管组件灵活性的好坏直接影响整个系统的稳定性和可靠性。波纹管参数化建模和有限元仿真环节是波纹管灵活性分析的重要内容,灵活性数据的采集和分析更是其中的重要模块,直接影响波纹管组件灵活性的判定。目前对氢主阀波纹管组件灵活性检测主要还依靠人工手动检查、人眼观察的的方式,检测效率较低又有较大的人工误差,没有波纹管运动特性数据支持无法定性分析其灵活性的好坏。同时,由于金属波纹管的重要工作特性和结构形状,波纹管的强度、刚度、稳定性和疲劳寿命等都影响其运动的灵活性,而金属波纹管成型复杂,在对其设计和实验验证阶段用实物验证极大提高项目的研发成本并延长研发周期,亟需开发一套金属波纹管参数化建模仿真软件平台和波纹管组件灵活性检测的自动化分析系统。首先研究了氢主阀波纹管组件的工作过程,针对金属波纹管的结构特性和可靠性问题建立了符合波纹管成型工艺的简化模型,利用ANSYS有限元仿真软件深入研究了氢主阀的大波纹管和小波纹的轴向刚度,变形机理和疲劳寿命,为工程设计及波纹管组件灵活性评定标准提供理论基础。设计了由用户登录模块、数据采集模块,灵活性分析模块和波纹管参数化建模仿真模块组成的波纹管灵活性分析系统,利用Visual C++对ANSYS进行二次开发,搭建了由参数化建模、静力学分析、模态分析、瞬态动力学分析和后处理结果显示模块组成的参数化建模仿真模块。通过参数化建模平台研究了波纹管轴向参数、径向参数和壁厚参数在特定载荷下对应力分布的影响,为工程设计提供数据支持。用户登录模块能够对用户信息和产品信息进行统一管理,数据采集模块实现对下位机的参数设置和数据采集,灵活性分析模块提供偏差分析、运动速度分析、极限区间判定等多种灵活性检测方法。系统采用ACCESS数据库并提供多种方式实现上位机与数据库的数据交互。通过实验获得了检测系统的气压-电机转数特性方程,提出一种气压线性化方案并利用半波正弦信号验证气压反馈算法良好的跟踪性,验证气压线性化方案满足实验要求。建立了波纹管组件灵活性的评定标准,得到了不同产品波纹管组件灵活性评定结果,方案满足项目要求。
【关键词】：波纹管组件 灵活性 参数化建模 有限元仿真
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V432
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-11
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析11-16
• 1.2.1 波纹管组件灵活性检测系统的研究现状11-13
• 1.2.2 金属波纹管刚度分析及疲劳寿命的研究现状13-14
• 1.2.3 测控系统及有限元二次开发技术的研究现状14-16
• 1.3 本文的主要研究内容16-17
• 第2章 波纹管组件灵活性分析方案的总体设计17-35
• 2.1 波纹管组件灵活性分析方案总体设计17-18
• 2.1.1 需求分析17
• 2.1.2 总体方案设计17-18
• 2.2 波纹管组件工作过程及其有限元模型的建立18-24
• 2.2.1 涡轮泵氢主阀的工作过程18-19
• 2.2.2 波纹管组件有限元仿真整体流程及其模型前处理19-24
• 2.3 波纹管组件刚度及变形分析24-30
• 2.3.1 小波纹管轴向刚度及变形分析24-27
• 2.3.2 大波纹管轴向刚度及变形分析27-30
• 2.4 波纹管疲劳寿命分析30-34
• 2.4.1 应力状态和危险位置确定30-31
• 2.4.2 单轴疲劳寿命预测31-32
• 2.4.3 多轴疲劳寿命预测32-33
• 2.4.4 ANSYS疲劳寿命预测33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 波纹管ANSYS参数化建模仿真模块的开发35-53
• 3.1 波纹管参数化建模仿真模块需求分析与开发流程35-37
• 3.1.1 需求分析35-36
• 3.1.2 参数化建模与有限元仿真模块开发流程36-37
• 3.2 波纹管参数化建模分析界面设计37-40
• 3.2.1 参数化建模界面设计37-38
• 3.2.2 静力学分析界面设计38-39
• 3.2.3 模态分析界面设计39
• 3.2.4 瞬态分析界面设计39
• 3.2.5 后处理结果分析界面设计39-40
• 3.3 波纹管基于APDL语句的建模分析实现40-44
• 3.3.1 波纹管参数化建模前处理40-42
• 3.3.2 波纹管有限元分析模块实现42-43
• 3.3.3 波纹管分析后处理模块实现43-44
• 3.4 软件的实现及应用44-47
• 3.4.1 ANSYS与Visual C++接口技术44
• 3.4.2 结构和材料参数与Access数据库交互技术44-45
• 3.4.3 数据传递实现45-47
• 3.5 波纹管参数化仿真模块的应用47-51
• 3.5.1 波纹管结构参数仿真方案设计47
• 3.5.2 特定载荷下结构参数仿真影响分析47-51
• 3.6 本章小结51-53
• 第4章 波纹管灵活性检测上位机分析软件设计53-69
• 4.1 波纹管灵活性检测上位机系统概述53-55
• 4.1.1 开发工具及开发环境的选择53-54
• 4.1.2 波纹管灵活性分析系统总体结构及关键模块的功能设计54-55
• 4.2 上位机系统的数据结构及数据库设计55-58
• 4.2.1 数据库结构设计55-56
• 4.2.2 Access数据库表的设计56-57
• 4.2.3 数据库访问的实现57-58
• 4.3 用户登录管理模块的开发58-59
• 4.3.1 用户管理及信息录入界面设计58-59
• 4.3.2 信息变更与数据库访问技术的实现59
• 4.4 波纹管数据信息采集模块的开发59-64
• 4.4.1 数据采集界面及总体功能设计59-62
• 4.4.2 串口通信模块的实现62-64
• 4.4.3 数据图像处理的编程实现64
• 4.5 波纹管数据分析模块的开发64-68
• 4.5.1 数据图像分析界面及总体功能设计64-66
• 4.5.2 数据分析后处理的实现66-68
• 4.6 本章小结68-69
• 第5章 氢主阀波纹管组件灵活性的实验研究69-81
• 5.1 实验设备介绍及实验方案设计69-71
• 5.1.1 实验目的69
• 5.1.2 实验设备介绍69-70
• 5.1.3 实验方案设计70-71
• 5.2 波纹管灵活性系统功能实验研究71-77
• 5.2.1 波纹管灵活性分析系统联机测试71-72
• 5.2.2 气压线性化算法实验研究72-77
• 5.3 氢主阀波纹管组件灵活性判定标准的实验研究77-80
• 5.3.1 波纹管组件灵活性判定方案77-78
• 5.3.2 灵活性判定方案的实验验证78-80
• 5.4 本章小结80-81
• 结论81-82
• 参考文献82-87
• 致谢87

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本文编号：829080