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胶管用编织层的几何建模和力学性能有限元模拟分析研究

2020-12-08阅读(646)

胶管用编织层的几何建模和力学性能有限元模拟分析研究

论文摘要

胶管具有耐压强度高、承压变形小、耐酸碱介质等特点,常用于输送或抽吸各种气体、液体、粘流体和粉粒状固体等物料,在各行各业中起到关键作用。编织胶管是最常用的胶管之一,在汽车行业中应用最为广泛。编织胶管由编织层和橡胶层构成,编织层承担主要的载荷,编织胶管的力学响应及破坏取决于编织层力学性能,而编织层力学性能既和编织材料力学性能相关,也与编织结构相关,因此研究编织层力学性能与编织结构、材料力学性能的关系是十分必要的。采用有限元分析方法,对胶管编织层进行了细观力学分析,建立了编织层力学性能与编织结构、材料力学性能的关系。对高性能胶管的设计和生产具有重要的指导意义,所建立的研究方法同样适用于其他橡胶制品(如轮胎、输送带)骨架层的力学性能研究。论文的研究内容包括:(1)研究胶管编织层三维模型构建的方法。编织胶管的工艺参数、单丝纤维的尺寸参数是胶管生产企业主要关心的对象,通过对骨架层的结构进行剖析,建立了胶管编织层几何结构、单丝纤维尺寸和工艺参数间的内在定量联系,为后期编织层的三维模型构建和力学分析奠定基础。由于编织层三维结构较为复杂,并且划分网格非常困难,难以用通用的建模方法构建出其三维模型,基于理论分析和算法开发创新性地提出了一种胶管编织层三维模型构建的方法,该方法在建模过程可以解决网格划分困难的问题。(2)研究编织层代表性体积单元(RVE)约束条件和边界条件的创建方法。RVE是利用细观力学研究材料等效力学性能的有效模型,合适的边界条件对于RVE模型很重要。本文采取锯齿型RVE结构作为编织层等效力学性能研究对象,但是由于对锯齿型RVE结构边界条件施加方法鲜有报道,为此本节探索出一种锯齿型RVE边界的施加方法,并分析了施加该边界时应满足的约束方程。(3)研究胶管编织层力学性能参数的求解方法。以制动胶管的外编织层为研究对象,利用(1)中的建模方法构建其三维仿真模型,施加约束条件和边界条件,通过仿真方法求解了制动胶管外编织层的等效力学性能。通过编织层轴向拉伸实验验证了三维模型构建方法、约束条件施加方法以及边界条件施加方法的有效性。(4)开发胶管编织层快速建模和力学性能参数分析工具。采用Python脚本语言,在有限元软件ABAQUS平台上进行相关算法的二次开发,实现胶管编织层三维建模、变形分析计算、等效力学性能求解的高效化、自动化和友好化,并开发出图形用户界面分析插件HoseBraider。

论文目录

  • 学位论文数据集
  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 符号说明
  • 第一章 绪论
  •   1.1 课题背景
  •   1.2 胶管骨架层概述
  •     1.2.1 骨架层材料
  •     1.2.2 骨架层结构
  •   1.3 编织层制造工艺
  •   1.4 编织复合材料细观力学
  •     1.4.1 代表性体积单元
  •     1.4.2 编织层RVE结构
  •   1.5 织物力学研究进展
  •   1.6 有限元模拟方法
  •   1.7 研究目的和研究内容
  •     1.7.1 研究目的
  •     1.7.2 研究内容
  •   1.8 论文创新点
  • 第二章 编织层三维模型的构建方法
  •   2.1 引言
  •   2.2 编织层几何结构分析
  •   2.3 编织层单胞选取
  •   2.4 编织层RVE三维建模
  •     2.4.1 编织层RVE三维结构剖析
  •     2.4.2 编织层三维建模介绍
  •   2.5 本章小结
  • 第三章 编织层RVE边界条件和约束条件的施加方法
  •   3.1 引言
  •   3.2 创建约束
  •   3.3 边界施加
  •     3.3.1 拉伸边界施加
  •     3.3.2 剪切边界施加
  •   3.4 本章小结
  • 第四章 编织层等效力学性能的分析
  •   4.1 引言
  •   4.2 建模参数
  •   4.3 外载荷施加
  •   4.4 创建相互作用
  •   4.5 网格划分
  •   4.6 仿真结果分析
  •     4.6.1 拉伸结果分析
  •     4.6.2 剪切结果分析
  •     4.6.3 编织层工程常数分析
  •   4.7 仿真结果验证
  •     4.7.1 编织层材料获取
  •     4.7.2 编织层轴向拉伸试验
  •   4.8 本章小结
  • 第五章 编织层等效力学性能分析工具的开发
  •   5.1 引言
  •   5.2 插件文件组成
  •     5.2.1 内核文件
  •     5.2.2 图形界面文件
  •     5.2.3 注册文件
  •     5.2.4 图标文件
  •   5.3 插件工作流程
  •   5.4 插件界面
  •   5.5 本章小结
  • 第六章 总结
  • 参考文献
  • 致谢
  • 研究成果及已发表的学术论文
  • 作者与导师简介
  • 附件

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 刘枫

    导师: 杨海波,张立群

    关键词: 胶管,编织骨架层,有限元分析,等效力学性能,图形用户界面

    来源: 北京化工大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

    专业: 数学,有机化工,工业通用技术及设备

    单位: 北京化工大学

    分类号: TQ336.3;TB115

    DOI: 10.26939/d.cnki.gbhgu.2019.001401

    总页数: 87

    文件大小: 8948K

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