本文關(guān)鍵詞：三維海流傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與數(shù)值模擬分析

  更多相關(guān)文章： 十字彈性梁 水平流測量裝置 有限元分析 優(yōu)化設(shè)計 正交試驗 流固耦合分析

【摘要】：隨著海洋科學(xué)研究的不斷深入,對測量海洋流速的海流傳感器的測量性能提出了更高的要求,不僅需要測量水平流速,還要測量微小的上升流,故可測微小上升流的三維海流傳感器的重要性越來越突出。為了解決對維間差異較大的三維流速的精確測量這一難題,本論文在國家自然科學(xué)基金項目“可測上升流的三維瞬時海流傳感器的研究”的資助下,對可測上升流的三維海流傳感器進(jìn)行研究。 本文先對可測上升流的三維海流傳感器進(jìn)行總體方案設(shè)計,提出對維間差異較大的流速進(jìn)行分別測量的設(shè)計方案,并設(shè)計了基于十字彈性梁的水平流測量裝置和基于放大機(jī)構(gòu)的上升流測量裝置。對水平流測量裝置進(jìn)行理論計算,建立圓球阻力與應(yīng)變之間關(guān)系的力學(xué)模型：再建立其有限元模型,運(yùn)用workbench軟件對裝置進(jìn)行靜力學(xué)分析,分析裝置的形變、應(yīng)變及應(yīng)力變化情況；然后對裝置的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行單因素優(yōu)化,分析單個因素對裝置應(yīng)變的影響,在此基礎(chǔ)上結(jié)合正交試驗對裝置進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化,得到裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)尺寸。 再對裝置進(jìn)行動力學(xué)分析,分析其前六階固有頻率和振型,并與流場頻率比較；最后對優(yōu)化后的裝置進(jìn)行流固耦合分析,得到一組流速和裝置應(yīng)變的關(guān)系,并通過MATLAB擬合數(shù)據(jù),得到水流速度與裝置應(yīng)變的函數(shù)關(guān)系,并試制出傳感器的樣機(jī)。結(jié)果表明：最終設(shè)計的三維傳感器實(shí)現(xiàn)了對三維流速的同時測量,其中水平流測量裝置的測量范圍為18mm/s-1320mm/s,實(shí)現(xiàn)了對微小流速的準(zhǔn)確測量,且結(jié)構(gòu)簡單,可廣泛應(yīng)用于各種需要流速測量的場合。
【關(guān)鍵詞】：十字彈性梁 水平流測量裝置 有限元分析 優(yōu)化設(shè)計 正交試驗 流固耦合分析
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH766.21;TP212
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-10
• 目錄10-12
• 插圖清單12-14
• 插表清單14-15
• 第一章 緒論15-22
• 1.1 海洋科學(xué)的發(fā)展概況15-16
• 1.2 海洋科學(xué)的研究意義16-17
• 1.3 海流測量方法及測量儀器的研究現(xiàn)狀17-20
• 1.3.1 海流的測量方法17
• 1.3.2 海流測量儀器的國外研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3.3 海流測量儀器的國內(nèi)研究現(xiàn)狀18-20
• 1.4 研究問題的提出20
• 1.5 本文課題來源及與研究內(nèi)容20-22
• 第二章 可測上升流的三維海流傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計22-31
• 2.1 引言22
• 2.2 三維流速傳感器22-23
• 2.3 可測上升流的三維海流傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計23-30
• 2.3.1 可測上升流的三維海流傳感器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計23-25
• 2.3.2 水平流測量裝置的設(shè)計及原理25-28
• 2.3.3 上升流測量裝置的設(shè)計及原理28-30
• 2.4 本章總結(jié)30-31
• 第三章 水平流測量裝置的靜力學(xué)分析31-47
• 3.1 引言31
• 3.2 水平流測量裝置的理論計算31-38
• 3.2.0 水平流測量裝置的結(jié)構(gòu)31
• 3.2.1 十字梁受Fx作用時的理論計算31-35
• 3.2.2 十字梁受Me作用時的理論計算35-37
• 3.2.3 力學(xué)模型的理論分析結(jié)果37-38
• 3.3 有限元法簡介38-39
• 3.3.1 有限單元法38
• 3.3.2 ANSYS Workbench軟件簡介38-39
• 3.4 基于ANSYS Workbench的仿真分析39-45
• 3.4.1 水平流測量裝置的仿真分析39-41
• 3.4.2 對仿真結(jié)果的分析41-44
• 3.4.3 應(yīng)變的理論結(jié)果與仿真結(jié)果的對比分析44-45
• 3.5 十字彈性梁應(yīng)變片的貼片位置45-46
• 3.6 總結(jié)46-47
• 第四章 水平流測量裝置的優(yōu)化設(shè)計47-62
• 4.1 引言47
• 4.2 確定優(yōu)化設(shè)計的方案47-48
• 4.3 基于ANSYS Workbench的單因素優(yōu)化48-56
• 4.4 基于正交試驗的綜合優(yōu)化56-59
• 4.4.1 試驗指標(biāo)、因素和水平的確定56-57
• 4.4.2 基于極差分析的正交試驗57-59
• 4.5 對優(yōu)化后模型進(jìn)行分析59-61
• 4.6 優(yōu)化后裝置的強(qiáng)度校核61
• 4.7 總結(jié)61-62
• 第五章 水平流測量裝置的動力學(xué)和流固耦合分析62-73
• 5.1 引言62
• 5.2 動力學(xué)分析62-65
• 5.2.1 動力學(xué)分析概述62-63
• 5.2.2 水平流測量裝置的模態(tài)分析63-65
• 5.3 水平流測量裝置的流固耦合分析65-70
• 5.4 建立流速與裝置應(yīng)變之間的關(guān)系及量程確定70-71
• 5.5 可測上升流的三維海流傳感器的樣機(jī)試制71-72
• 5.6 總結(jié)72-73
• 第六章 總結(jié)與展望73-75
• 6.1 全文總結(jié)73-74
• 6.2 展望74-75
• 參考文獻(xiàn)75-78
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動及成果情況78

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：914597