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《天津大学》 2003年
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基于流场和结构优化的搅拌桨设计/制造集成技术研究

薛兆鹏  
【摘要】: 搅拌桨是搅拌釜式结晶器的重要部件,搅拌釜内饱和溶液的整体流动形式与搅拌桨的叶剖面形函数和桨的结构参数密切相关。传统搅拌桨设计都仿照船用推进螺旋桨的图谱设计法,查表计算,精度低、周期长,且无法预测桨的流体动力性能。传统搅拌桨的制造过程存在加工方法落后、信息共享度低、周期长、质量难以保证等问题。本文在研究搅拌桨CAD/CAPP/CAM/CAE集成理论和方法的基础上,研究了搅拌桨基于流场分析和结构分析的优化设计,并开发了基于广义模块化技术的搅拌桨CAD/CAPP/CAM/CAE集成系统。全文主要研究内容如下: 1 综述了工业结晶器研究、搅拌桨设计制造技术、参数化/变量化设计技术、特征建模技术、CAE技术的国内外研究现状和发展趋势,阐述了课题的主要研究内容和意义。 2 分析了传统设计/制造方法存在的不足,并针对这些问题提出了解决途径,以实现产品的快速设计/制造为目的构建了搅拌桨的产品数据模型和设计/制造过程模型。研究了CAD/CAPP/CAM的集成技术,构建了集成系统框架。 3 阐述了广义模块化的基本理论,并将该理论应用于工业结晶器产品族的模块划分中,将搅拌桨规划为一柔性模块。为设计/制造的方便,将搅拌桨的叶面、叶背划分为不同的虚拟模块。 4 在分析结晶机理与动力学的基础上,总结了搅拌釜内饱和溶液的流场特点。介绍了通用流体力学软件FLUENT的使用方法和技巧。改变搅拌桨的主要结构参数值,进行多参数优化计算。从中找出流场的变化规律和最理想参数值。 5对搅拌桨进行结构动、静态分析。并使用有限元分析软件ANSYS应用变量化方法对桨叶进行结构优化,得到叶厚分布形函数的优化规律。 6 研究特征技术基本原理,论述搅拌桨基于特征映射的CAPP技术。进行了搅拌桨加工干涉分析,提出了三坐标条件下相应的解决方案。 7 基于Unigraphics平台及其二次开发工具,使用面向对象的开发工具VC++和桌面型数据库Access,建立了搅拌桨CAD/CAPP /CAM/CAE集成系统。
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