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排灌机械工程学报
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排灌机械工程学报  0, Vol. Issue (): 16-    DOI:
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环状U型隔膜应力分析和结构优化设计
邓鸿英
The Stress Analysis and Structure Optimization Design of Annular U-diaphragm
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摘要 为降低新型液压隔膜泵用环状U型隔膜总体应力,满足应力均匀分布的设计要求,提高隔膜设计效率,结合有限元法与参数优化法,对环状U型隔膜进行了应力-应变分析和结构优化设计。利用ANSYS软件的非线性分析工具,通过对不同位移载荷作用下的环状U型隔膜应力分布图的分析研究,总结了环状U型隔膜应力分布规律,并据此对隔膜进行了固定、运动支撑端和自由挠曲半圆过渡段的结构优化。应用ANSYS参数优化基本原理,以隔膜的最大应力值作为状态限制变量,以隔膜的单元应力之和作为目标函数,计算出了环状U型隔膜的优化结构相关参数。有限元分析结果表明,经优化设计后的环状U型隔膜在不同位移载荷作用下,整体应力值降低,内外表面应力分布均匀,避免了应力集中问题,也为隔膜优化设计提供了一种较试制法而言,前期投入低、开发周期短的基于ANSYS参数优化的结构设计方法。
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关键词U型隔膜   应力   优化   有限元   参数优化     
Abstract: To reduce total stress, make even stress distributing and improve design efficiency of annular U-diaphragm in hydraulic diaphragm pump, the U-diaphragm stress-strain was researched and structure was optimized by Finite Element and parameter optimization method. Diaphragm model stress distributing drawing was analyzed under different compression and stretch loads in operating space and stress distributing rule was summarized by nonlinear analysis function of finite element analysis software ANSYS. The structure of fixed, moved supported end and free semicircular transitional end were optimized based on stress distributing rule. Take diaphragm maximal stress as state limited variable and unit stress summation as objective function, parameters were calculated by parameter optimization law of ANSYS. Finite Element analysis result indicates the optimal annular U-diaphragm total stress is lower and inner and outer surface sideline stress distributing is more even to avoid stress concentration problem. It provides a kind of new structure optimization design method of diaphragm based on parameter optimization which has lower pre-investment and shorter developing circle than current trial-manufacture method.
Key wordsU-diaphragm   stress   optimization   Finite Element   parameter optimization   
引用本文:   
. 环状U型隔膜应力分析和结构优化设计[J]. 排灌机械工程学报, 0, (): 16-.
. The Stress Analysis and Structure Optimization Design of Annular U-diaphragm[J]. Journal of Drainage and Irrigation Machinery Engin, 0, (): 16-.
 
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