[發(fā)明專利]一種基于有限元的高壓膠管結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201810616916.8 | 申請日： | 2018-06-15 |
| 公開（公告）號： | CN108804837A | 公開（公告）日： | 2018-11-13 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 朱紅衛(wèi);陳國明;孟祥坤;王斌;陳國星;張國棟;王芳 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國石油大學（華東）;山東龍口特種膠管有限公司 |
| 主分類號： | G06F17/50 | 分類號： | G06F17/50 |
| 代理公司： | 暫無信息 | 代理人： | 暫無信息 |
| 地址： | 266580 山*** | 國省代碼： | 山東;37 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 高壓膠管 優(yōu)化設(shè)計 結(jié)構(gòu)優(yōu)化 參數(shù)化 元模型 膠管 優(yōu)化設(shè)計目標函數(shù) 加工工藝參數(shù) 傳統(tǒng)經(jīng)驗 迭代算法 設(shè)計效率 設(shè)計周期 實驗驗證 優(yōu)化計算 狀態(tài)變量 均勻性 理論化 批量化 承壓 合理性 修正 生產(chǎn) | ||
1.一種基于有限元的高壓膠管結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于包括以下步驟：
步驟S1：利用ANSYS建立參數(shù)化有限元模型；
步驟S2：設(shè)定設(shè)計、狀態(tài)變量的取值范圍，確定優(yōu)化設(shè)計目標函數(shù)；
步驟S3：選擇迭代算法，進行優(yōu)化計算；
步驟S4：根據(jù)優(yōu)化設(shè)計結(jié)果，修正各加工工藝參數(shù)，使其具有更好的實際操作性；
步驟S5：實驗驗證優(yōu)化設(shè)計方案的合理性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于有限元的高壓膠管結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述步驟S1利用ANSYS建立參數(shù)化有限元模型，包括以下步驟：
步驟S11：決定高壓膠管型號和工作壓力，參照API SPEC 7K-2010確定；
步驟S12：決定膠管鋼絲和膠料參數(shù)，膠管鋼絲型號參照國標GB/T 11182-2006，膠料以丁腈橡膠為主，通過實驗測定鋼絲和橡膠材料參數(shù)；
步驟S13：決定鋼絲纏繞密度、纏繞角度、鋼絲直徑、各膠層厚度以及纏繞行程，其計算公式為：
式中，X為所設(shè)計膠管的纏繞行程；α為纏繞角度；D為計算直徑；Dn為膠管內(nèi)徑；N為每層鋼絲根數(shù)；n為纏繞層數(shù)；δn為內(nèi)膠層厚度；δc為增強層橡膠厚度；ρ為纏繞密度；d為纏繞鋼絲直徑；c′為壓扁系數(shù)(鋼絲為1.0)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于有限元的高壓膠管結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，設(shè)定設(shè)計、狀態(tài)變量的取值范圍，確定優(yōu)化設(shè)計目標函數(shù)，包括以下步驟：
步驟S21：根據(jù)參數(shù)獨立性原則確定纏繞角度、鋼絲直徑、內(nèi)外膠層厚度為設(shè)計變量，范圍分別為纏繞角度45°～60°、鋼絲直徑1.2mm～2.2mm、內(nèi)膠層厚度4.5mm～10mm、增強層橡膠厚度0.6mm～1.2mm；
步驟S22：根據(jù)橡膠和鋼絲強度確定狀態(tài)變量，根據(jù)拉伸實驗測得橡膠的屈服強度和鋼絲的斷裂強度；
步驟S23：根據(jù)材料成本確定目標函數(shù)。
式中，i為鋼絲所在的層數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于有限元的高壓膠管結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述步驟S3中優(yōu)化設(shè)計算法，通過有限元軟件選擇零階方法、一階方法、隨機搜索法、等步長搜索法、乘子計算法和最優(yōu)梯度法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于有限元的高壓膠管結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述步驟S4根據(jù)優(yōu)化設(shè)計結(jié)果，修正各加工工藝參數(shù)，使其具有更好的實際操作性，工藝參數(shù)包括纏繞盤轉(zhuǎn)速、牽引速度和纏繞行程，計算公式為：
式中，M為纏繞盤轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)/min；V為牽引速度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于有限元的高壓膠管結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述步驟S5實驗驗證優(yōu)化設(shè)計方案的合理性，實驗包括水壓試驗和爆破試驗。
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