倒伞形曝气机有限元分析及优化设计[毕业论文+三维模型+CAD图纸]

机械设计毕业论文:倒伞形曝气机有限元分析及优化设计含论文,CAD图纸，Pro/e图纸,ansys源文件

倒伞形曝气机有限元分析及优化设计[毕业论文+CAD图纸]

摘要：

研究污水处理设备强度优化问题,倒伞型曝气机是污水生物处理技术中的关键设备,具有充氧、搅拌和推流等作用。搅拌叶轮的设计和优化对其最主要的性能指标充氧动力效率至为关键。在研究曝气机充氧机理的基础上,对曝气机的叶片进行了实体建模、有限元分析和优化设计。首先利用ANSYS平台对叶片工作过程进行了研究,通过实体建模、网格划分和有限元分析等过程,对曝气机搅拌叶片在工作状态的应力应变情况进行了有限元仿真分析。仿真结果明确了叶片的薄弱环节,并为进行优化和改良结构,为产品的生产设计提供了研究依据。

关键词:倒伞曝气机;有限元分析;优化设计

Abstract

The inverted umbrella aerator is the key equipment of biological wastewater treatment technology,which has the effects of oxygenation, mixing and p lug - flow. The design and op timization of the mixing impeller ismost important to the efficiency of oxygenation. In this paper, the solidmodeling and finite element analysis and op ti2mal design of aerator blades were made based on the study of the oxygenation mechanism. Firstly, the working process of the bladeswas studied through solid modeling, mesh generation and finite element analysis process, and the stress - strain finite element analysiswas offered based on ANSYS, which identified the weak links in the leaves.And more, the op timized and imp roved designs for the p roduction were made, which set the foundation for the manu2facture of the blades.

Keywords: Inverted umbrella aerator; Finite element analysis; Op timal design

目 录

1 绪论
1.1 前言.............................................................1
1.2 有限元方法简述...................................................1
1.2.1 有限元法的发展历史................................................2
1.2.2 有限元法在工程结构分析中的应用.....................................2
1.2.3 有限元法的新发展..................................................3
1.3 倒伞型曝气机的有限元分析现状........................................4
1.4 本文主要研究内容....................................................5
2 曝气机工作原理和性能指标
2.1 国内一些具有代表性的曝气机产品及其优缺点......................6
2.2 优化设计研究现状......................................................8
2.2.1 优化方法学的发展与研究现状............................................8
2.3 曝气机的结构功能及工作原理详细分析................................10
2.4 曝气原理分析.......................................................12
2.5 曝气机性能评价指标的确定.............................................14
3 基于ANSYS曝气机的有限元分析与优化设计
3.1 有限元软件ANSYS概述...............................................18
3.1.1 ANSYS软件环境简介...................................................18
3.1.2 ANSYS软件主要特点..................................................20
3.2 倒伞型曝气机叶片标准与二维图形.....................................21
3.3 曝气机的优化设计方法...............................................23
3.4 倒伞型曝气机的有限元分析...........................................23
3.5 叶片材料的选择......................................................26
3.6 叶片的网格模型.......................................................27
4 总...................................................34
参考文献............................................................35
致 谢..................................................................36

1绪论

1.1前言

CAE(Computer Aided Engineering)技术，即计算机辅助工程稃技术，是一个涉及面广、集多种学科与工程技术于一体的综合性，知识密集犁技术。相应的CAE软件则是包含了数值计算技术、数据库、计算机图形学、工程分析与仿真在内的综合型软件系统

CAE技术的发展动力是CAD＼CAM技术水平和应用水平的提高，CAE技术的发展条件是计算机及图形显示设备的推出，CAE软件的理论基础是有限元、边界元法等现代计算力学方法，其核心内容是计算机模拟利仿真。本文的理论依据来自有限元法。

1.2有限元方法简述

结构分析的目的是为了弄清楚结构系统在承受一定载荷下的物理响应，以指导结构设计。一般来说，结构分析方法可分为两大类：经典法和数值法。

经典法是精确解法和近似解法。即在给定边界条件下直接采用控制微分方程来求解工程问题，其方程是基于物理原理而建立的。闭合硝精确解仅对几何形状、载荷与边界条件最简单的情况才可得到。近似解法是对控制微分方程求得近似解，采用适当截断误差的级数展开式表达。它同样要求有规则的儿何形状、简单边界条什以及简单载荷。经典法虽可求得某些经典问题，但远离大多数实际工程问题，经典法的主要优点是通过一类问题的解来得到对此类问题的深刻认识。

数值法有能量法、边界元法、有限元法等。其中有限元法(Finite Element Method，FEM)，是近三、四十年随着计算机的发展而发展起来的戍用于各种结构分析的数值计算方法。它运用离散概念，把弹性连续体划分为一个由若干有限单元的集合体，通过单元分析和组合，得到一组联立代数方稃，最后求得数值解，它通过采用多种规则形状的单元米处理实际上无限制的任何问题。这些单元可组合成近似的任何不规则边界。类似地，任何类型的载荷和约束条件也可提供。有限元法是工程上运用最为成功、最为广泛的一种数值计算法。

1.2.1有限元法的发展历史

从数学角度来看，有限元法基本思想的提出，可以从1943年Courant的开创性工作为标志。他第一次尝试应用在三角形区域上的分片连续函数和晟小位能原理相结合，来求解扭转问题。从应用角度来看，有限元法的第一个成功尝试，是将钢架位移法推广应用于弹性力学平面问题，这是Turner、Clough等人在1956年分析飞机结构时得到的成果。他们第一次给出了用三角形单元求得平面应力问题的正确解答。他们的研究工作