（化工过程机械专业论文）压力管道组合管件模块化设计及成形工艺方法研究.pdf

印，z 掌硕士学位论文 摘要 摘要 压力管道组合管件指将工程中常用的两个或两个以上相邻的需通过现场焊 接连接的管件( 管子) 作为一个整体进行设计、加工的组合件。管件是连接压力 管道系统的一个重要附件，大多采用现场焊接的方法进行连接，但由于现场情 况复杂、施焊环境较差，焊接质量不易保证，因而给安全造成很多隐患。采用 压力管道组合管件，不但可以减少现场焊接的工作量，提高管路系统的完整性、 连续性和一致性，减少因焊接缺陷造成的安全隐患，降低压力管道的安全事故， 而且对于提高钢材的利用率、节省资源和产品成本、加快工程进度等都将带来 较大的社会效益和经济效益。 本文针对压力管道组合管件分别从三个方面进行了深入的分析研究。 首先，研究和开发压力管道组合管件专用的模块化设计软件。运用v i s u a l b a s i c6 0 平台对a u t o c a d 软件进行二次开发，实现压力管道组合管件的模块化 设计。该软件对于提高压力管道组合管件应用的普遍性、缩短其没计制造周期 有着非常重要的作用。 其次，对压力管道组合管件结构力学特性迸行数值分析。以三通弯头组合 管件为例，比较了焊接管件和组合管件应力及应变的区别，得到以下结论： ( 1 ) 管件组合后，焊缝区域内组合管件的应力平稳，波动不大。 ( 2 ) 管件组合后，组合管件由于结构统一，对整个管体的位移基本不产生 影响：相反，焊接结构对管件的轴向和周向位移都有较大的影响。 ( 3 ) 管件组合后，对远离焊缝区域的管体摹本没有影响。 最后，对组合管件成形工艺及过程参数进行了深入探讨和研究。以三通异 径组合管件为例，通过理论分析与计算，得到了成形过程所需要的内压力和轴 向力的大小以及相互关系，确立了三通异径组合管件的成形工艺及其液压成形 的步骤、加载路径和成形极限，对实际生产有很重要的指导意义。 关键词：压力管道组合管件模块化设计液压胀形工艺三通异径组合管件三 通弯头组合管件成形极限 却芦，z 掌硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ec o m b i n a t i o np l u m b i n go fp r e s s u r ep i p e si st w oo rm o r ea d j a c e n to n - s i t e w e l d i n gp r e s s u r ep i p e sw h i c ha r er e g a r d e dd e s i g n e da n dm a c h i n i n g e da saw h o l e p i p ec o n n e c t i n gt h ep r e s s u r ep i p e ss y s t e mi sav e r yi m p o r t a n ta c c e s s o r y b u tt h e r ei s t o om u c hs e c u r i t yi n c i p i e n tf a u l tb yu s i n gt h ew e l d e dp i p e se nt h ef o r m i d a b l e w e l d i n ge n v i r o n m e n t b yu s i n gt h ec o m b i n a t i o np l u m b i n g ，i tc a na b a t et h eo n s i t e w e l d i n gw o r k ，r e d u c et h es e c u r i t yi n c i p i e n tf a u l t ，a n di m p r o v et h ei n t e g r a l i t y , c o n t i n u i t ya n dc o n s i s t e n c yo ft h es y s t e m f r o ma n o t h e rp o i n to fv i e w , u s i n gt h e c o m b i n a t i o np l u m b i n gi tc a i li m p r o v et h eu t i l i z a t i o nr a t i oo fr o l l e dp r o d u c t s ，r e d u c e t h ec o s t ，a n dq u i c k e nt h ep a c eo fp r o j e c t s oi tc a n a c h i e v es o c i a la n de c o n o m i c e f f i c i e n c y i tw e n td e e pi n t ot h r e ea s p e c t so f t h ec o m b i n a t i o np l u m b i n go f p r e s s u r ep i p e s f i r s t ，t h es p e c i a lm o d u l a rs o f t w a r eo fc o m b i n a t i o np l u m b i n go fp r e s s u r ep i p e s w a se x p l o i t e d u s i n gv b 6 0a sd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t t h es e c o n dd e v e l o p m e n t o fa u t o c a dh a db e e nm a d ea n dt h em o d t d a r i z a t i o no fc o m b i n a t i o np l u m b i n go f p r e s s u r ep i p e sh a db e e na c h i e v e d t h ei m p o r t a n c eo ft h i s s o f t w a r ew a st h a ti t i m p r o v e dt h e c a t h o l i c n e s su s e db yc o m b i n a t i o np l u m b i n go fp r e s s u r ep i p e sa n d r e d u c e dt h ep e r i o d i c i t yo fd e s i g na n dm a n u f a c t u r e s e c o n d ，t h em e c h a n i c a lp r o p e r t yo fs t r u c t u r eb yt h e o r e t i c a lm e t h o dw a s a n a l y z e d t a k et h et - b r a n c ha n de l b o wc o m b i n a t i o np l u m b i n gf o ri n s t a n c e ，i t c o m p a r e dt h ed i s s i m i l a r i t yo fs t r e s sa n ds t r a i nb e t w e e nt h ew e l d e dp i p e s a n d c o m b i n a t i o np l u m b i n go f p r e s s u r ep i p e sa n dd r a wt h ec o n c l u s i o n si n c l u d i n gt h a t ： a f t e rc o m b i n a t i o n ，t h es t r e s si nw e l d i n ga r e ai ss m o o t h t h es t r a i no ft h e c o m b i n a t i o np l u m b i n gc o n t r a r yt ot h ew e l d e dp i p e si sn o td i s t u r b e d t h ep a r t sa w a y f r o mw e l d i n ga r e aa r en o td i s t u r b e d l a s t ，i tw e n td e e pi n t om a c h i n i n gt e c h n i c sa n dp r o c e d u r ep a r a m e t e r so f c o m b i n a t i o np l u m b i n g i tg o tt h ev a l u ea n dt h er e l a t i o nb e t w e e ni n t e r n a lp r e s sa n d a x i a lf o r c e t h em a c h i n i n gt e c h n i c s ，t h es t e po f h y d r o f o r m i n g ，t h es c o p eo fl o a d i n g r o u t eu s e di nt u b e b u l g ea n dt h ef o r m i n g l i m i to ft h r e e l i m ba n dr e d u c e d c o m b i n a t i o np l u m b i n gb u l g ed i r e c t i n gt h em a n u f a c t u r eh a db e e np o i n t e do u t 声所芦，z 掌硕士学位论文 a b s t r a c t k e y w o r d s ：c o m b i n a t i o np l u m b i n g ，p r e s s u r ep i p e s ，m o d u l a r i z a t i o nd e s i g n ， h y d r o f o r m i n gt e c t m i e s ，t h r e e - l i m ba n dr e d u c e dc o m b i n a t i o np l u m b i n g ，t - b r a n c ha n d e l b o wc o m b i n a t i o np l u m b i n g ，f o r m i n gl i m i t i i i 加夕，z 劳硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 工程背景和意义 1 1 1 压力管道应用的广泛性和安全性 压力管道是指生产、生活中使用的可能引起燃爆或中毒等危险性较大的特 种设备，如蒸汽管道，有毒、易燃、易爆介质的管道，煤气、天然气管道，长 输石油、天然气管道，管内介质压力达0 1 m p a 的管道等都是压力管道【lj 。压力 管道的分布极为广泛，涉及到民用工程和工业生产的许多领域，担负着向民用 及工业用户输送各种介质的任务，在生产和生活中占有极其重要的地位。据2 0 0 0 年统计 2j ，我国拥有长输管道1 7 万公里、集约管道2 0 万公里、城市内燃气管 道3 5 万公里、城市内供热管道0 5 7 万公罩，而且随着国内城市化进程的加快 和西气东输的推进，我国的压力管道数量和范围将进一步扩大。 压力管道的分布极广，但至今人们对它的安全性尚不十分重视，安全管理 存在不少漏洞，安全事故时有发生，造成的经济损失和人员伤亡事故相当严重。 从所整理的2 4 0 例( 其中4 0 例为国外案例) 压力管道事故中可以看出问题的严 重性，其中1 2 4 起发生人员伤亡，共死亡1 8 4 人，伤2 9 6 人，直接经济损失3 0 0 0 多万元，因停产等因素造成的间接经济损失更为惊人【3 j ，对人民生命财产安全、 社会稳定和工业生产构成严重威胁，因而压力管道的安全及可靠性受到各国政 府和人民的高度重视。为此，我国政府于2 0 0 1 年初发布了国务院第3 7 3 号令特 种设备安全监察条例，对其中的压力管道的生产( 含设汁、制造、安装、改造、 维修等) 、使用、检验检测及其监督检查进行了明确规定。 压力管道属于承压设备的范畴，承压设备安全事故发生的常见原因有设计 原因、制造原因、使用原因和维修原因几个大的方面。对于研究设计人员来说， 设计原因和制造原因是研究的重点。设计原因包括选材不当、结构设计不合理、 焊接接头设计不当、安全附件不全或选用错误、计算或选用方法错误等。制造 原因包括材料不符合要求、焊接、热处理等制造工艺不当、组装方法不当、无 损检测漏检和压力试验错误等方面。压力管道一般由管子、管件、阀门、连接 件、附件、支架等构成，再经过现场连接而组成。对压力管道而言，焊接是管 道连接最常用、也是数量最多的一种连接方法，然而与压力容器的焊接相比， 管道焊接的现场情况复杂、旎焊环境恶劣、焊缝数量较多，焊接质量不易保证， 因而在各类压力管道失效事故中，接头焊缝处发生断裂的概率最大，占6 5 左 加芦，z 妒硕士学位论文 第一章绪论 右。如何降低压力管道焊接接头的失效事故墨目前特种设备行业最紧迫的课题 之一。 11 2 压力管道组合管件的概念 为有效的降低压力管道安全事故发生隐患，一种方法是加强对焊接接头质 量的控制，从焊接的人员、工艺、设备、材料、检验、返修等方面控制质量， 降低焊接接头失效的概率，但这种方法无法从根本上消除焊接接头的失效隐患。 另一种方法就是本文提出的采用组合管件，此法将大大减少焊接接头的数量， 从而从根本上消除了失效隐患川。具体可表述为：在管线系统中，把目前通过 现场焊接而成的相邻管件( 子) 在工厂车问内直接加工成一个整体，从而消除 了管件之间的焊接接头。 1 1 3 压力管道组合管件的优越性 采用本文提出的压力管道组合管件，其优越性是显而易见的： 从技术角度讲，首先管件组合后，现场连接的环焊缝将大大减少，从而将 提高管道系统运行的r 叮靠性。第二，管件组合后，把传统的现场施工的工作量 改为在工厂预制，降低因安装失误产生的不可预见的隐患。第三，管件组合后， 减少了现场焊接环境因素的影响，大大提高管路系统的完整性、连续性和一致 性。 从经济的角度来看，管件组合后使其结构紧凑，首先提高了钢材的利用率， 节省了资源，节约了产品成本，同时产品的加工精度容易控制，工件数量明显 减少。其次，现场所需安装的管件数量大大减少，这势必大幅度地提高工程进 度，无疑将给用户带来经济上的利益。因此本文的研究开发将具有f 一分重要的 社会效益和经济效益。 1 2 压力管道组合管件国内、外研究现状 压力管道组合管件及其专用装备的研究、设计、制造及应用在国内外目前 几乎还是空白，经检索，国内仅有一篇文章提出了在直埋蒸汽管网中应用组合 管件的观点h l ，论述了管件组合的可行性及组合管件的特点，并对组合管件的 技术经济性作了分析，至于如何对组合管件进行优化组合、设计、制造等没有 进一步开展，至今国内也没有任何一家压力管道元件制造厂家生产组合管件。 但模块化设计方法在其他产品中的应用及管件成形工艺方法已有大量文献报 道。分别阐述如下： 加，z ：矿硕士学位论文 第一章绪论 右。如何降低压力管道焊接接头的失效事故是目前特种设备行、k 最紧迫的课题 之一。 112 压力管道组合管件的概念 为有效的降低压力管道安全事故发生隐患，一种方法是加强对焊接接头质 量的控制，从焊接的人员、工艺、设备、材料、检验、返修等方面控制质量， 降低焊接接头失效的概率，但这种方法无法从根本上消除焊接接头的失效隐患。 另一种方法就是本文提出的采用组合管件，此法将大大减少焊接接头的数量， 从i f u 从根本上消除了失效隐患。具体可表述为：在管线系统中，把目前通过 现场焊接而成的相邻管件( 子) 在上厂车问内直接加工成一个整体，从而消除 了管件之问的焊接接头。 113 压力管道组合管件的优越性 采埘本文提出的压力管道组合管件，其优越性是显而易见的： 从技术角度讲，首先管件组合后，现场迮接的环焊缝将大大减少，从而将 提高管道系统运行的r 靠性。第二，管件组合后，把传统的现场施工的工作量 改为在工厂预制，降低因安装失误产生的不a 预见的隐患。第三，管件组合后， 碱少了现场焊接环境因素的影响，大大提高管路系统的完整性连续性和一致 性。 从经济的角度来看，管件组合后使其结构紧凑，首先提高了钢材的利用率， 节省了资源，节约j ，产品成本，同时产品的加工精度容易控制，工件数量明显 减少，其次，现场所需安装的管件数量大大减少，这势必大幅度地提高 ：程进 度，无疑将给用户带来经济上的利益：因此本文的研究开发将具有f 一分重要的 社会效益和经济效益。 1 2 压力管道组合管件国内、外研究现状 压力管道组合管什及其专用装备的研究、设计、制造及应用在国内外目前 几乎还是空白，经检索，国内仅有篇文章提出了舟直埋蒸汽管网中应用组合 管件的观点”j ，论述了管件组台的可行性及组合管件的特点，并对组台管件的 技术绎济性作了分析，至丁如何对组合管件进行优化组合、设计、制造等没有 进一步开展，垒令国内也没有任何一家压力管道元件制造厂家生产组合管件。 但模块化设计方法在其他产品中的应用及管件成形t i 艺方法已有大量文献报 但模块化设计方法在其他产品中的应用及管件成形工艺方法已有大量文献报 道。分别阐述如下： 印芦，矢鲈硕士学位论文 第一章绪论 1 2 1 模块化设计方法研究现状 所谓模块化设计，是指在对产品进行市场预测、功能分析的基础上，划分 并设计出一系列通用的功能模块，根据用户的要求，对这些模块进行选择和组 合，就可以构成不同功能或功能相同但性能不同、规格不同的产品”】。五十年 代末和六十年代初，国外就开始了模块化设计技术的研究，并研制出了一些模 块化产品，那时的模块化结构仅适用于设计同类型产品，而不能适应不同类型 产品设计的需要。进入八十年代以来，由于计算机技术的飞速发展，c a d 技术、 g t 技术的应用及各种新技术的产生和发展，推动着模块化的进一步发展。目前， 模块化设计思想己应用在机械、建筑、电子、船舶、家具等行业。人们所共知 的计算机软件的模块化结构及讨算机硬件插板等也是这一设计思想的体现。今 后模块化设计制造系统将朝着智能型、通用型工具系统方向发展。 综上所述，本文拟采用模块化设计方法，对组合管件进行型谱的确立和通 用功能模块的的划分，采用a u t o c a d 软件自带的v b 编程接口以v b 编程环境 为平台，用v b a 语言开发压力管道组合管件设计专用的模块化设计软件。 1 2 2 管件成形工艺方法现状 压力管道管件生产中所采用的常见技术有：液压成形技术，拔制技术，热 挤压成形技术，弯曲成形技术等多种方式 6 1 叫。由于组合管件的结构比普通的 三通、弯头、异径管等常见管件要复杂，因此可能要采用多种生产加工技术相 结合的生产方式。对于每种生产方式来说，对于不同的管件，不同的直径， 就将有不同的过程参数。同时，在采用多种技术相结合的生产加工方式时，还 要考虑到两种加工方式的相互影响与衔接，因此对于生产加工工艺的研究非常 重要。下面先对常用的压力管件生产工艺做个介绍。 1 2 2 1 热拔制工艺 如图1 1 所示，在主管或设备上开一个小于支管直径的椭圆形孔，将主管固 定在机架上f j “，在主管内放一个拔模，拔模和拉拔机连接，然后加热主管上支 管处部分，提升拉拔机，使主管上的椭圆孔周边产生塑性变形，拔出和拔模尺 寸相同的凸缘，然后凸缘和支管再进行焊接形成三通管。拔模的材料宜选用高 强度及耐高温、耐磨损材料为好，以减少每次拔制后拔模变小现象。拔制过程 中加热温度要求用测温计来控制，温度过低，容易开裂，生产速度慢；温度过 声所芦，z 鲈硕士学位论文 第一章绪论 高，容易产生过烧，且减薄量大。一般碳钢管的加热温度为8 5 0 1 0 5 0 。c ，c r 5 m o 管为1 0 0 0 1 2 0 0 * c 。在拔制时，当拔模与孔接触时，散热加快，所以在拔制过 程中必须对变形区的金属加热以防止温度过低导致孔的边缘破裂，拔管的加热 范围为拔管直径的1 5 1 8 倍。 图1 1 热拔制生产工艺 1 一电动千斤顶或丝杆手轮2 一龙门架3 一卡瓦4 一钢模5 一管坯 拔制力大小可以通过以下公式计算得到： p = 万一占仃，( d d o ) ( 1 1 ) 式中：p 一拔力；占一管子原壁厚n 瑚：o i 一管件在拔制温度下的屈服极限m p a ( 对2 0 # 、1 0 # 、c r 5 m o 钢在9 0 0 - - 1 2 0 0 。c 时，o t = 2 0 7 0 m p a ) ；d 一拔模的外 径m m ：矾平均直径m i l l 1 2 2 2 旋拔成形工艺 如图1 2 所示，与拉拔工艺相似，旋拔三通管加工也需将被加工管预加工 出+ t l ，然后把大于预加工孔直径的固定式旋压体从管端放人( 能收缩的活动 式旋压体可直接从预加工孔外放入) ，再将连接杆通过预加工孔与固定式旋压 体连接，在连接杆( 与主轴固定在一起) 旋转及轴向运动的过程中，即可旋拔 出台阶孔”1 旋拔三通管加工具有旋压及拉拔等工艺特征，它利用旋压体旋转，逐点挤 压内表面形成所需的侧边台阶孔。与其它三通管加工方法相比较，旋拔三通管 工艺具有如下特点： 成形量大、质量好，加工的侧边孔高度较高，且端面铰为平整，无裂纹。 在侧边孔成形时，还存在侧边孔壁厚的变化。 轴向拉拔力小，因而，被加工铜管夹紧力小。 加，! z 掌硕士学位论文 第一章绪论 当侧边孔直径较大时( 一般大于1 0 m m ) ，被加工管长度不受限帝。 图1 2 旋拔成形生产工艺图 1 一固定夹座2 管坯3 一旋转支架( 配弹簧测力器) 4 一旋压体 1 2 2 3 弯头热推制成形技术”h ”1 生产弯头有热推制、冲压、焊接等方法，目前国外采用热推制方法生产弯 头。因为它具有生产：率高，产品规格多，生产过程连续性强，易于机械化生产 等优点。所谓热推制方法就是利用中频电感线圈加热，通过在管件一端施加推 制力，使管件在模具作用下弯曲成形。 原料长度可根据以下经验公式计算得到： 三：盟( 脚+ 2 7 ) ( 1 2 ) d ，一s 、 式中：三一弯头原料长度m m ：d ，一弯头外径m m ：s 一弯头壁厚m m ； d 2 一原料外径1 1 1 1 2 , 1 ；s 2 一原料壁厚1 2 1 1 1 1 ；尺一弯头曲率半径m m ；y 一加工 余量，一般取8 - 1 5 m m ；m 一常数( 4 5 。取z r 4 ，9 0 。取万2 ，1 8 0 。取万) 。 原料的外径计算公式： d ，：旦( 1 3 ) “ 1 2 5 式中：1 - 2 5 为原料比值。 推制是热推弯头生产中的主要工序，经过摧制的管体要产生一定变形，从 而生产出各种外径和壁厚不同的弯头，这是个十分重要的工序。它不仅影响 弯头的产量，而且也直接影响弯头的质量，因此在推制过程中应注意以下几个 问题： ( 1 ) 感应圈的调整。感应圈是加热管体的主要部件，它的加热位置不同， 印岁i z 掌硕士学位论文 第一章绪论 将影响推制质量。由于温度不同，管体受热砸均匀，推制过程就易出现螺旋、 折叠、开裂等缺陷而造成废品。管体推进速度与加热温度有很大关系，温度高， 推进速度加快；反之减慢，否则弯头易起皱褶和开裂。推制温度，碳钢7 5 0 9 5 0 ，合金钢是9 5 0 1 0 6 0 。在管体开始变形的那个位置，也就是在芯头 的导向段与变形段中间，即过渡临界位置，为感应圈最佳位置。当管体受热均 匀时，感应圈与管体周围最佳距离是上边是下边距离的l 2 ，两侧距离相等。 ( 2 ) 随时调整感应圈与管体的间隙，不允许管体与感应圈接触，以免放电 击穿感应圈，造成设备事故。绝对不允许只靠提高电压或电流方法提高功率， 防止设备出故障。 ( 3 ) 推制弯头壁厚的变化。推制弯头的芯头是椭圆形，而且具有6 0 0 8 0 0 的弯曲角度。管体加热n 7 5 0 9 5 0 c 时，开始推制。当管体经过弯曲一定角 度的芯头时，受偏心扩径和弯曲两种力同时作用，管体下弧往前移动开始受阻， 但两侧阻力较小，依据最小阻力定律，金属向两侧阻力小的方向移动，结果使 弯头的内弧减壁，两侧增壁。当外弧在受偏心扩径和弯曲作用时，金属的内部 组织被拉长，呈纤维状，故内弧要小于外弧，所以外弧的壁厚也有减壁趋势。 掌握弯头壁厚变化规律，为生产弯头提供可靠的质量保证参数，提高了弯头合 格率和成材率。 1 2 2 4 液压胀形工艺 管件胀形是在压力作用下使管件沿径向扩张的成形工艺，是一种少无切削 加丁，精确( 半精确) 成形技术，属于先进制造技术范畴 i “。根据管件的形状要 求，胀形既可完成管坯的局部扩张，也可完成管坯的整体扩张。管件胀形可以 在通用机械压力机、液压机、或专用胀形压力机及专用装置上完成。管件胀形 的方法很多，若按生产中使用的模具分类，j u 分为刚性模胀形和软模胀形两类。 采用刚性分块式凸模胀形时，称为刚性模胀形，它仅适用于形状及尺寸精度要 求不高的轴对称胀形件的胀形加工。利用液体、气体或弹性体作为传压介质代 替刚性凸模对管坯进行胀形时，则通称为软模胀形。液体可用油、乳化液或水， 弹性体通常用聚氨酯橡胶或天然橡胶。由于聚氯乙烯( p v c ) 塑料具有与聚氨酯橡 胶类似的优点，近年来也己作为传压介质，开始用于胀形工艺中。由于石蜡具 有易于呈固体或液体状的独特优点，且可回收重复使用，将其作为胀形传压介 质，也己经在生产中取得了良好的技术效果。因此，根据传压介质的不同，软 所芦，z 掌硕士学位论文 第一章绪论 模胀形又可分为液压胀形、气压胀形、橡胶胀形、石蜡胀形、p v c 塑料胀形等。 软模胀形与刚性模胀形相比，特别适合于各种形状复杂管件的胀形加工，具有 明显的技术经济效益，表1 1 列出了刚性模胀形和软模胀形的比较那l 。 表1 1 液压胀形介质选择 刚性膜普通橡胶聚氨酯 胀形方法石蜡胀形液压胀形 胀形胀形橡胶胀形 允许变形量小中中大较大 复杂程度 由 中 中 复杂简单 尺寸 中中、小中小大 胀 成形质量差中较好好较好 形生产批量大 由d 小中 零成形力大中大小 由 件 工艺复杂性 由 简单 简单 复杂较复杂 模具寿命高低 由 高中 一 生产成本中低中 由 局 生产效率局高局低 由 在飞机、航天器和汽车等领域，减轻重量以节约材料和运行中的能量是人 们长期追求的目标，也是现代先进制造技术发展的趋势之一。除了采用轻体材 料外，减重的另一个主要途经就是在结构上采用“以空代实”，即对于承受以 弯曲或扭转载荷为主的构件，采用空一t 5 结构取代实心结构，这样既可以减轻重 量节约材料又可以充分利用材料的强度和刚度。管件液压胀形成形正是在这样 的背景下产生的一种减重、节材、节能，具有很广泛应用前景的新工艺1 19 。 综上所述，本课题拟采用液压成形技术为主，其他各种加工方式为辅，针对 不同的组合管件研究其最佳的成形工艺，并确定加工过程参数。 1 3 本文主要研究内容和章节安排 ( 1 ) 研究和开发压力管道组合管件专用的模块化设计软件。运用v i s u a l b a s i c6 0 平台对a u t o c a d 软件进行二次开发，实现压力管道组合管件的模块化 设计。主要内容在第二章中详细介绍。 ( 2 ) 对压力管道组合管件结构优越性进行数值分析。运用有限元计算软件 a n s y s 对组合管件和焊接管件进行结构分析，对比其计算结果，验证组合管件 7 加歹，z 学硕士学位论文 第一章绪论 在结构上的优越性。主要内容在第三章详细介绍。 ( 3 ) 研究压力管道组合管件的成形工艺。通过对比各种管件加工方式的特 点，确立以液压胀形为主要成形手段，以三通异径组合管件为例，从理论上分 析了在液压胀形过程中所要施加的轴向力、内压力的大小以及为了达到不同的 胀形结果，内压力和轴向力之间的关系。主要内容在第四章、第五章详细介绍。 ( 4 ) 总结与展望。总结本文所作的主要工作和创新点，指出本项目接下来 要做的工作和研究方向。主要内容在第五章详细介绍。 1 4 本章小结 本章主要涉及以下三方面内容： ( 1 ) 介绍压力管道安全方面存在的问题，提出了从根本上解决焊接管件安 全隐患的方法，即采用本文提出的压力管道组合管件。 ( 2 ) 针对压力管道组合管件的设计，介绍了模块化设计方法的研究现状， 得到了运用模块化设计方法设计编写组合管件设计专用软件的结论。 ( 3 ) 通过介绍现在常用的管件成形工艺方法，决定采用液压成形技术为主， 其它各种加工方式为辅的组合管件成形工艺。 浙芦，z 掌硕士学位论文 第二章压力管道组合管件设计专用软件开发 第二章基于v i s u a lb a s i c6 0 平台a u t o c a d 的 压力管道组合管件设计专用软件开发 本章通过对a u t o c a d 软件和v i s u a lb a s i c6 0 软件的介绍，确立了采用 a u t o c a d 软件自带的v b 编程接口以v b 编程环境为平台，用v b a 语言开发 压力管道组合管件设计专用的模块化设计软件的思路。随后分别介绍了软件接 口、窗体制作和参数化绘图的具体实现方式和步骤。 2 1a u t o c a d 软件介绍 a u t o c a d 是美国a u t o d e s k 公司推出的一个通用的二、三维c a d 图形软件 系统。它是当今世界上最畅销的图形软件之一，也是我国目前应用最广泛的专 业软件之一。自从1 9 8 2 年1 2 月a u t o d e s k 公司推出a u t o c a d l 0 ( 当时名为 m i c r o c a d ) 版起，经过不断进步和完善，已经历了十多次版本升级【2 0 j 。如今 a u t o c a d 及其图形格式已成为一种事实上的c a d 标准和普及新一代设计文化 的基本载体刚。 a u t o c a d 软件作为通用的交互式作图软件，能够最大限度的简化工程制图 过程，功能强大，易学易用，但是作为通用软件在工程实际应用中还存在以下 不足： ( 1 ) 过于通用的绘图功能难以满足某些专业、某些领域的需要，使得作图 效率低。例如：化工容器制图中，常用的焊缝符号，公差等专业标注，应用 a u t o c a d 的交互式命令不能快速、方便的生成； ( 2 ) a u t o c a d 虽有很强的二维工程制图功能，但其计算、分析、优化等 功能相对较弱，仅仅靠绘图已无法更好的辅助设计者进行产品设计； ( 3 ) 菜单、对话框、工具条的布置等人机交互界面与设计人员习惯不完全 一致。 ( 4 ) 无法实现给定关键参数，就能完成制图过程的工作。对许多模块化、 重复性的制图来讲，制图效率不高。 为了提高绘图效率，适应各种专业的设计需要，弥补在界面，计算，分析 的方面的不足，a u t o c a d 引入二次开发技术，具有开放的体系结构，允许用户 和开发者在几乎所有方面对其进行扩充和修改( 即进行定制和开发) ，能最大限 9 j 斯芦，z 掌硕士学位论文 第二章压力管道组台管件设计专用软件开茇 度的满足用户的特殊需要。这样我们就能利用二次开发技术，实现模块化制图， 提高工程制图的效率。 2 2a u t o c a d 软件二次开发技术及v i s u a lb a s i c6 0 介绍 随着系统功能的逐渐增强和版本的不断升级，a u t o d e s k 公司提供了系列 开发环境工具。a u t o l i s p 作为内嵌语言是a u t o d e s k 公司提供的第一代开发环境。 a u t o c a d 系统的第二代开发环境是r 1 1 版本提供的a d s ( a u t o c a dd e v e l o p m e n t s y s t e m ) 开发系统。发展到现在，a u t o c a d 系统的第三代开发环境和工具包括 o b j e c ta r x 、v b a ( m i c r o s o f t v i s u a lb a s i cf o ra p p l i c a t i o n s ) 和v i s u a ll i s p 等。v b a 是自a u t o c a dr 1 4 0 1 开始嵌套在a u t o c a d 之中的一个基于对象的编程环境。 利用a u t o c a d2 0 0 4 对v b a 的支持，用户可开发v b a 应用程序，使用a c t i v e x 对 象。 2 2 1a u t o c a d 软件二次开发技术2 3 1 - 【”1 针对二次开发技术，a u t o d e s k 公司有针对的推出了多种开发工具，下面对 现在比较流行的四种作简单的介绍： ( 1 ) a u t o l i s p 。l i s p ( l i s tp r o c e s s i n gl a n g u a g e ) 是一种计算机的表处理语言。 a u t o l i s p 语言嵌套于a u t o c a di 为部、是l i s p 语言和a u t o c a d 有机结合的产物。 在a u t o c a d r l l 以前，所有的a u t o c a d 应用程序都是用au t l ) l i s p 编写的，由于 其语法灵活、简洁、表达能力强，非常容易掌握，大多数开发人员都是先通过 a u t o l i s p 进入开发行列的。但a u t o l i s p 语言也存在许多不足： a u t o l i s p 继承了l i s p 语言繁琐的编程规则，处理能力有限。 a u t o l i s p 完全包含在a u t o c a d 内部，只在a u t o c a d 会话中有效。 a u t o l i s p 程序运行速度慢、程序规模小、保密性差、不能进行高强度 的数据处理等。 ( 2 ) 面向对象实时扩展( o b j e c ta u l o c a d 2 0 0 0r u n t i m ee x t e n s i o n 简称 ( o b j e c ta r x ) 。o b j e c ta r x 开发环境提供了一个面向对象的c + + 应用程序接 口，开发人员可以利用接口使用、修改和扩展a u t o c a d 。用v c + + 语言编写的 程序经过编译、链接，最后生成a r x 应用程序。该程序采用可扩展性思想设计 出a r x 库。库中包含了用于定义新类的宏，提供了对已存在库中的类进行实时 添加新功能的能力。此外，为了使开发者能根据自己的需要和能力选择开发工 具，a r x 库提供了与以往a d s 及a u t o l i s p 应用程序相链接的接口。a d s 库是 1 n j 研芦，z 掌硕士学位论文 第二章压力管道组合管件设计专用软件开发 建立a u t o c a d 应用的c 语言库，a r x 应用程序使用这个库进行一些实体选择、 数据查询等操作，但要想真正用好o b j e c ta r x ，必须对v c + + 语言和a u t o c a d 内核有充分的了解，这也是o b j e c t a r x 开发环境的局限性。 ( 3 ) v i s u a ll i s p 。a u t o c a d 中的v i s u a ll i s p 开发环境具有更快、更灵敏、 更易于程序设计的特点。对于a u t o c a d ，v i s u a ll i s p 开发环境已经完全取代并 更新了a u t o l i s p 的功能，且开发环境更为完善，允许面向对象，能更省时、更 有效地防止源代码的遗失和变更。与a u t o l i s p 相比，v i s u a ll i s p 使使用者和开 发者在生成函数、调试程序和传送数据变得更迅速、更易于操作。 ( 4 ) v b a 。m i c r o s o f tv b a ( v i s u a lb a s i cf o ra p p l i c a t i o n s ) 是一个面向对象的 编程环境。它提供了与v b ( v i s u a lb a s i c ) 相似的丰富的开发能力。v b a 与v b 最 主要的区别在于v b a 运行时占用a u t o c a d 的内存空间，从而提供了一个具有 a u t o c a d 智能的、非常快的编程环境。v b 是一个独立的开发版本，但它为 a u t o c a dv b a 提供了许多附加的组件，像外部数据库引擎和报告输出能力等。 a u t o c a dv b a 同时也提供了与其它有v b a 编程能力的应用程序的应用集成， 这意味着a u t o c a d 能够利用其它应用程序的对象库实现对其它应用程序的控 制，例如m i c r o s o f tw o r d 和e x c e l 等，所以a u t o c a dv b a 的开发环境的应用 也更为广泛。 2 2 2v i s u a lb a s i c6 0 简介 v i s u a lb a s i c 是一种功毙强大的w i n d o w s 应用程序的开发工具。它具有众 多的特点，提供了开发w i n d o w s 应用程序的一种方便简捷的方法，是当前最流 行的一种w i n d o w s 应用程序的开发 i 具。v i s u a lb a s i c ( 以下简称v b ) 是m i c r o s o f t 公司推出的一神w i n d o w s 应用程序的开发工具。由于它具有使用方便、简单易 学、功能丰富等特点，迅速成为最流行的w i n d o w s 应用程序的开发工具之一。 v b 之所以得到迅速流行和广泛使用，是与它的特点分不开的。概括地说，v b 有以下主要特点： ( 1 ) 面向对象的可视化的程序设计方法 w i n d o w s 应用程序的一个基本特征之一，就是具有显示直观、操作方便的 图形用户界面( g u i g r a p h i c su s e ri m e r f a c e ) ，其中由一些外形和使用都比 较熟悉的界面元素组成，如窗口、菜单、按钮、列表框等等。v b 提供面向对象 的程序设计方法( 0 0 p 0 b j e c to r i e n t e dp r o g r a m m i n g ) ，这些界面元素被视作 j 新，z 省硕士学位论文 第二章压力管道组合管件设计专用软件开发 由不同的属性数据和操作程序封装在一起的一个个对象；同时，v b 又提供可视 化的程序设计方法，具有“所见即所得”的操作效果，因此，使用v b 提供的 面向对象的可视化的程序设计方法，编写w i n d o w s 应用程序，只要按照界面设 计要求，用鼠标把所需的界面元素拖放到屏幕上的适当位置，并作必要的属性 设置和编写响应事件的程序代码就可以了。这就大大提高了程序设计效率。 ( 2 ) 事件驱动的程序设计机制 w i n d o w s 应用程序的运行是采用事件驱动的方式进行的。这些事件可以是 用户通过鼠标和键盘操作产生的，也可以是系统通过时钟计时产生，甚至是由 程序运行触发产生。w i n d o w s 操作系统处理系统中发生的每一个事件，并把事 件所产生的消息向运行着的应用程序广播，应用程序通过运行相应的程序代码 对事件做出响应。在使用v b 提供的事件驱动的程序设计机制编写w i n d o w s 应 用程序时，只需分别对各个对象要响应的事件编写出程序代码，通常不必像设 计传统的应用程序那样，考虑对整个程序运行过程的控制。这使得用v b 所编 写的程序代码比较短小简单，调试维护比较容易。 ( 3 ) 简单易学、功能丰富的程序设计语言 v b 是基于b a s i c 程序设计语言的，即在v b 中是用结构化的b a s i c 语言编 写程序代码的，是一种简单易学的程序设计语言。实际上，英文单词“b a s i c ” 就是“初学者通用符号指令代码”的英文缩写。v b 中的b a s i c 语言具有丰富的 功能：提供众多的数值、字符串和图形等处理功能，允许过程的递归调用，具 有完善的运行出错处理，支持对多种数据库系统的访问等。 ( 4 ) 交互式的集成开发环境 v b 提供一个集成开发环境( i d e i m e g r a t e dd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t ) ， 在该环境中可进行界面设计、代码编写、程序调试，以及把程序编译成脱离v b 环境而直接在w i n d o w s 系统下运行的可执行程序。v b 提供的集成开发环境采 用交互式的工作方式，在输入代码时，可同步显示相应的语法成分结构的提示， 并及时捕捉拼写错误，而在调试程序时，能定位错误位置，显示出错误信息。 这种交互式的集成开发环境，大大方便了程序开发的进行。 ( 5 ) 支持动态数据交换、动态链接库和对象的链接和嵌入技术 利用动态数据交换( d d e d y n a n l i cd a t ee x c h a n g e ) 技术，使v b 开发 的应用程序能与其他w i n d o w s 应用程序进行动态的数据通信。通过动态链接库 浙，= l 掌硕士学位论文 第二章压力管道组台管件设计专用软件开发 ( d l l d a m i cl i n k i n gl i b r a r y ) 技术，能在v b 开发的应用程序中调用其 他程序设计语言编写的程序，也可调用w i n d o w s 系统的应用程序接口( a p 卜 - - a p p l i c a t i o np r o g r a mi n t e r f a c e ) 函数。使用对象的链接和嵌入( o l e o b j e c t l i n k i n ge m b e d d i n g ) 技术，可以把其他w i n d o w s 应用程序作为对象，在v b 开 发的应用