论文总字数：22112字

摘 要

在超高压压缩机中连接缸体端盖等部分的螺栓载荷情况复杂，工况动态变化，由于螺栓连接结构较为复杂，所以螺栓常常会受到应力集中的影响，这种情况会导致螺栓发生疲劳破坏。在本文中，我们将研究超高压压缩机气缸的连接螺栓。分析负载条件和螺栓可以承受的压力。通过软件进行模拟，找出螺栓断裂的可能原因，提出改进方法。防止相似的螺栓断裂形式。主要研究内容如下:

(1)查阅相关文献，综合考虑实际情况和实验的复杂程度选取可用的对超高压压缩机气缸联结螺栓疲劳寿命进行预测的方法。

(2)为了获得螺栓材料的性能参数及应变寿命曲线方程，使用了疲劳试验的方法。

(3)使用Pro/E建立包含螺栓在内的三维有限元模型，使用CAD建立了螺纹接触部位的螺纹的二维模型。并对螺栓螺纹部份简化处理，利用ABAQUS对螺纹接触部位做了有限元模拟。

关键词：超高压压缩机 螺栓联结 有限元分析 ABAQUS 数值分析

Numerical analysis of working stress of connecting bolts in cylinder block of ultra-high pressure compressor

Abstract

In the ultra-high pressure compressor, the bolts connected to the cylinder end cover and other parts are complicated, and the working conditions change dynamically. Due to the complexity of the bolt connection structure, the bolts are often affected by stress concentration, which can cause fatigue damage to the bolts. . In this article, we will study the connecting bolts of the cylinders of ultra-high pressure compressors. Analyze the load conditions and the pressure that the bolt can withstand. Through software simulation, find out the possible cause of bolt breakage, and propose an improved method. Prevent similar bolt break patterns. The main research contents are as follows:

(1) With reference to related literature, comprehensively examine the actual situation and complexity of the experiment and select a method for predicting the fatigue life of the coupling bolt of the cylinder of an ultra-high pressure compressor.

(2)According to the fatigue test, the performance parameters of the bolt material and the strain life curve equation are obtained.

(3) Use Pro / E to create a three-dimensional finite element model including bolts, and use CAD to create a two-dimensional model of the thread at the thread contact part. And simplify the threaded part of the bolt, using ABAQUS to do the finite element simulation of the thread contact part.

Key words :Ultra high pressure compressor;Bolt connection;Finite element analysis;ABAQUS;Numerical Analysis

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究意义 2

1.2有限元分析研究的现状 2

1.3 ABAQUS软件介绍及其二次开发 3

1.4本文主要研究内容 5

1.4.1 研究目标 5

1.4.2 研究方法 5

第二章 压缩机气体力理论计算 6

2.1 压缩机的几种类型及介绍 6

2.2 超高压压缩机的气体力计算 7

第三章 基于ABAQUS的螺纹接触数值模拟 13

3.1 ABAQUS对非线性问题的分析 13

3.2 求解步骤 13

3.3 超高压压缩机主要部件及整体 13

3.4 ABAQUS对螺纹接触部位分析 17

3.4.1模型的简化 17

3.4.2定义材料属性 18

3.4.3设置分析步 18

3.4.4 定义接触对 18

3.4.5 定义边界条件及载荷 19

3.4.6 划分网格 20

第四章 螺纹牙底圆角半径对螺栓应力集中的影响 25

4.1对螺纹根部圆角为0.3的有限元模型进行模拟 25

4.2对螺纹牙底圆角半径为0.4的有限元模型进行模拟 27

4.3探究其他可能影响螺栓应力集中的因素 28

4.4 本章小结 30

第五章 经济性核算 31

第六章 结论与展望 32

6.1 结论 32

6.2 展望 32

参考文献 34

致谢 36

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.1.1 研究背景

作为传统的工业机械，压缩机用于各种行业。适用于生活中的许多方面,它广泛的应用于各个行业。压缩机起到产生气体压缩能的功能。而且压缩机在被人们多年应用的情况下，它也被改造的工作效率高，适应各种工况，制造工艺成熟并且石化行业也对超高压压缩机的需求越来越强烈^[1]，它已经成为石化行业必须的设备。在实际工作情况中中压缩机的作用常常是被用来运送石油混合气体，天然气，氢气等的动力原件。这就要求压缩机需要长期工作，而压缩机又要面临严峻的工作条件，这种情况会导致压缩机的某一个零件损坏就会导致生产停止，这会导致大量的经济损失也会造成安全问题。而压缩机本身又是一个复杂的机械，一旦一个零件发生损坏都会导致一系列的问题。

压缩机有“通用机械”的美称，它被越来越多的行业应用^[3]。通过对压缩原理的不同的区分体积模型和动态模型可用于两个主要组件。 在适合排量的计算机上，气体被压缩，因此气体的体积减少而压力增加。 它的特点是可以永久变化的工作场所。而由于压缩机的广泛应用及其需要面对的恶劣复杂的工作环境，所以对于压缩机的研究大多从提高其可靠性和经济型两方面出发。而设备的零件和材料及其受力情况是不得不考虑的问题^[5]。

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