活性焦吸附过滤装置结构弹塑性分析及其轻量化设计

发布时间：2017-09-29 08:13

  本文关键词：活性焦吸附过滤装置结构弹塑性分析及其轻量化设计

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【摘要】：本论文采用有限元法对某过滤设备进行内部流场分析和在静载荷作用下的强度和刚度分析,取得的结果如下：(1)应用FLUENT软件对过滤设备内部及气体总进气管道内的流场进行了数值模拟,得到了过滤设备内部以及总进气管道内的速度场和压力分布,从而确定了过滤设备的设计压力,为后续的强度设计奠定了基础。(2)应用ANSYS软件分别对壁厚为8mm和壁厚为4mm的设备结构进行了应力分析,并依据JB4732-1995标准的应力分类法进行了强度校核,发现设备壁厚为8mm时可以通过强度校核,但设备壁厚为4mm时,不能通过强度校核。设备结构内高应力出现在整体几何不连续区域,其他位置应力水平较低。(3)若采用极限分析,得到设备的塑性极限载荷为7030Pa,许用载荷为4686.67Pa,设备满足强度要求。同时发现结构发生塑性失效的原因是两侧壁面塑性区扩展,进而出现整体塑性垮塌,壁厚是决定设备结构极限载荷的主要因素。(4)为了考察过滤设备发生屈曲的可能,对该结构进行了非线性屈曲分析,得到的屈曲临界载荷为0.00869MPa。对比极限载荷发现,在2mm至10mm的壁厚范围内,塑性垮塌总是先于屈曲发生。(5)在交变载荷作用下,应用直接循环法对设备结构进行了安定性分析,结果发现,该过滤设备能保持弹塑性安定状态,初始加载时结构内产生的塑性区较小,卸载时几乎没有反向屈服发生。
【关键词】：过滤设备 流场计算 应力分类 极限分析 屈曲分析 弹塑性分析 安定性分析 轻量化设计
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X701
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-18
• 第一章 绪论18-28
• 1.1 课题来源与工程背景18
• 1.2 过滤设备简介18-22
• 1.2.1 处理工艺流程概述18-19
• 1.2.2 设备结构与功能概述19-22
• 1.3 过程设备设计方法22-26
• 1.3.1 过程设备设计方法概述22-24
• 1.3.2 计算流体动力学CFD技术应用进展24-25
• 1.3.3 稳定性分析研究进展25
• 1.3.4 极限分析研究进展25
• 1.3.5 安定性分析研究进展25-26
• 1.4 本论文的研究内容26-28
• 第二章 过滤设备内部流场计算28-42
• 2.1 计算流体动力学与仿真软件FLUENT简介28-29
• 2.1.1 计算流体动力学与仿真软件简介28
• 2.1.2 应用CFD求解基本步骤28-29
• 2.2 设备内部流动空间流场计算29-36
• 2.2.1 本课题流动问题描述29-30
• 2.2.2 流动空间有限元模型建立30-33
• 2.2.3 总管道内工艺气体流动状态33-34
• 2.2.4 流场数值模拟边界条件及求解相关设置34-36
• 2.3 流动数值模拟结果36-41
• 2.3.1 数值计算收敛性分析36-37
• 2.3.2 速度场模拟结果37-40
• 2.3.3 压力分布模拟结果40-41
• 2.3.4 全场压力降分析41
• 2.4 本章小结41-42
• 第三章 设备结构弹性强度计算42-58
• 3.1 有限元方法概述及ANSYS软件简介42-43
• 3.2 分析设计中应力分类法概述43
• 3.2.1 应力分类法概述43
• 3.2.2 应力分类方法与等效线性化43
• 3.3 有限元模型及边界条件43-48
• 3.3.1 几何模型介绍43-45
• 3.3.2 有限元网格模型介绍45-46
• 3.3.3 施加载荷与确定边界条件46-48
• 3.4 强度校核结果48-55
• 3.4.1 强度校核标准48
• 3.4.2 原始结构强度校核结果48-51
• 3.4.3 设备结构合理性分析51
• 3.4.4 轻量化结构强度校核结果51-54
• 3.4.5 轻量化结构高应力产生原因分析54-55
• 3.5 本章小结55-58
• 第四章 设备结构极限分析58-72
• 4.1 极限分析法58-59
• 4.1.1 极限分析法概述58
• 4.1.2 极限下限定理与基本假设58
• 4.1.3 极限分析法与应力分类法主要区别58-59
• 4.2 确定极限载荷的工程方法59-60
• 4.2.1 确定极限载荷的工程方法概述59
• 4.2.2 有限元计算中加载增量步长的选择59-60
• 4.2.3 有限元计算中收敛的判定与极限载荷的确定60
• 4.3 过滤设备结构极限分析结果60-67
• 4.3.1 限元法求解极限载荷60-61
• 4.3.2 壁厚为8mm时结构极限分析结果61-62
• 4.3.3 壁厚为8mm结构塑性变形过程与失效模式62-65
• 4.3.4 壁厚为4mm时结构极限分析结果65-66
• 4.3.5 壁厚为4mm时结构塑性变形过程与失效模式66-67
• 4.4 强度计算中极限分析法结果与应力分类法结果对比67-68
• 4.5 壁厚对于设备极限承载能力的影响分析68-70
• 4.5.1 不同壁厚条件下设备极限载荷计算68-69
• 4.5.2 壁厚条件对于结构极限承载能力的影响69-70
• 4.6 本章小节70-72
• 第五章 设备结构屈曲分析72-80
• 5.1 屈曲分析概述72-73
• 5.1.1 外压设备失效形式72
• 5.1.2 屈曲理论概述72-73
• 5.1.3 工程屈曲分析方法73
• 5.2 过滤设备屈曲分析结果73-76
• 5.2.1 屈曲分析结果73-75
• 5.2.2 屈曲发生前后结构内应力变化特点75-76
• 5.3 不同壁厚条件对设备结构屈曲临界载荷的影响76-78
• 5.3.1 不同壁厚条件下构屈曲临界载荷76-77
• 5.3.2 壁厚条件对于结构临界载荷的影响77
• 5.3.3 屈曲临界载荷与极限载荷对比77-78
• 5.4 本章小结78-80
• 第六章 设备结构弹塑性安定分析80-92
• 6.1 安定性分析概述80-83
• 6.1.1 结构安定性分析目的80-81
• 6.1.2 安定分析基本理论与基本假设81
• 6.1.3 安定性失效模式81-82
• 6.1.4 工程中安定性失效分析方法与评定标准82-83
• 6.2 安定性分析结果83-88
• 6.2.1 基于有限元的安定性分析直接循环法83-85
• 6.2.2 基于能量法的有限元安定性分析原理85
• 6.2.3 基于塑性应变的有限元安定性分析结果85-87
• 6.2.4 基于塑性应变能的有限元安定性分析结果87-88
• 6.3 安定状态应力应变分析88-90
• 6.3.1 塑性应力与塑性应变状态88-89
• 6.3.2 结构安定状态分析89-90
• 6.4 本章小结90-92
• 第七章 结论与展望92-94
• 7.1 主要结论92-93
• 7.2 对后续研究的展望93-94
• 参考文献94-96
• 致谢96-98
• 研究成果及发表的学术论文98-100
• 作者和导师简介100-102
• 附件102-103

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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3 王婷;王静;邱金梁;;探讨压力容器设计要求及设计方法[J];化工管理;2013年04期

4 秦叔经;;压力容器标准和规范中分析设计方法的进展[J];化工设备与管道;2011年01期

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本文编号：940890