基于有限元法的超高壓容器設(shè)計(jì)與優(yōu)化.pdf

1、在最近幾十年來,隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展超高壓設(shè)備的應(yīng)用越來越普遍,并且由于使用環(huán)境的提高,超高壓容器的容積也相應(yīng)的變大,這就對容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造工藝等提出了新的要求。本文通過查閱了大量文獻(xiàn)相關(guān)文獻(xiàn)之后,對超高壓容器的發(fā)展背景、制造過程有了深入了解,在此基礎(chǔ)上詳細(xì)闡述了容器設(shè)計(jì)的各種應(yīng)用理論,包含了彈性理論公式推導(dǎo)、彈塑性理論原理、多層縮套技術(shù)和自增強(qiáng)技術(shù)等。根據(jù)多層縮套等強(qiáng)度理論,推導(dǎo)出了雙層縮套容器的最佳徑比和最佳過盈量的計(jì)算公式;按照

2、沿圓筒厚度方向綜合應(yīng)力取最小的原則,對自增強(qiáng)處理容器的最佳彈塑性界面半徑的確定提出了理論計(jì)算公式。這些理論解析都是本文下一步使用有限元法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)。
　　使用有限元法對雙層縮套超高壓容器和自增強(qiáng)容器分別進(jìn)行受力及強(qiáng)度分析,以ANSYS軟件作為模擬工具,通過對未作自增強(qiáng)處理的單層容器與雙層縮套容器以及經(jīng)自增強(qiáng)處理的單層容器進(jìn)行應(yīng)力分析比較,采用自增強(qiáng)技術(shù)能有效提高超高壓容器的承載能力,降低循環(huán)應(yīng)力幅值和平均應(yīng)力,使得等效應(yīng)力沿壁

3、厚方向分布更加均勻與且材料利用率有所提高。與解析法相比,有限元法具有計(jì)算速度快、分析范圍寬泛、數(shù)據(jù)更可靠等特點(diǎn)。
　　基于多層縮套容器的等效應(yīng)力分布等強(qiáng)度為設(shè)計(jì)目標(biāo),分別使用零階和一階優(yōu)化方法建立三層縮套容器的有限元模型,編制APDL參數(shù)化語言,得出了最佳設(shè)計(jì)方案及最優(yōu)解。該優(yōu)化方法不但克服了組合套筒層數(shù)較多時數(shù)學(xué)處理困難的局限性而且采用了形式比較復(fù)雜更接近實(shí)際情況的第四強(qiáng)度理論的等效應(yīng)力,收斂速度快,結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
　　為

4、了進(jìn)行相應(yīng)的液壓自增強(qiáng)實(shí)驗(yàn),本文提出了一套有效的實(shí)驗(yàn)方案,在科發(fā)高壓公司的大力支持下,進(jìn)行了自增強(qiáng)過程中厚壁圓筒外壁表面周向應(yīng)變的實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了本文前章所述理論彈性承載壓力和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的一致性。本實(shí)驗(yàn)為壓力容器切向應(yīng)變的測量提供了有效可行的方法,擁有在同類實(shí)驗(yàn)工程中廣泛使用的價值。
　　本文以科發(fā)高壓公司某型號超高壓容器為設(shè)計(jì)依據(jù),利用有限元法對受壓圓筒進(jìn)行強(qiáng)度分析,利用ANSYS對多層縮套過程進(jìn)行模擬和優(yōu)化,為超高壓容器的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新奠