基于有限元法的超高压容器设计与优化

发布时间：2017-11-20 11:08

本文关键词：基于有限元法的超高压容器设计与优化

【摘要】：在最近几十年来，随着工业经济的发展超高压设备的应用越来越普遍，并且由于使用环境的提高，超高压容器的容积也相应的变大，这就对容器的结构设计、制造工艺等提出了新的要求。本文通过查阅了大量文献相关文献之后，对超高压容器的发展背景、制造过程有了深入了解，在此基础上详细阐述了容器设计的各种应用理论，包含了弹性理论公式推导、弹塑性理论原理、多层缩套技术和自增强技术等。根据多层缩套等强度理论，推导出了双层缩套容器的最佳径比和最佳过盈量的计算公式；按照沿圆筒厚度方向综合应力取最小的原则，对自增强处理容器的最佳弹塑性界面半径的确定提出了理论计算公式。这些理论解析都是本文下一步使用有限元法进行分析的基础。使用有限元法对双层缩套超高压容器和自增强容器分别进行受力及强度分析，以ANSYS软件作为模拟工具，通过对未作自增强处理的单层容器与双层缩套容器以及经自增强处理的单层容器进行应力分析比较，采用自增强技术能有效提高超高压容器的承载能力，降低循环应力幅值和平均应力，使得等效应力沿壁厚方向分布更加均匀与且材料利用率有所提高。与解析法相比，有限元法具有计算速度快、分析范围宽泛、数据更可靠等特点。基于多层缩套容器的等效应力分布等强度为设计目标，分别使用零阶和一阶优化方法建立三层缩套容器的有限元模型，编制APDL参数化语言，得出了最佳设计方案及最优解。该优化方法不但克服了组合套筒层数较多时数学处理困难的局限性而且采用了形式比较复杂更接近实际情况的第四强度理论的等效应力，收敛速度快，，结果准确可靠。为了进行相应的液压自增强实验，本文提出了一套有效的实验方案，在科发高压公司的大力支持下，进行了自增强过程中厚壁圆筒外壁表面周向应变的实验，验证了本文前章所述理论弹性承载压力和实验数据的一致性。本实验为压力容器切向应变的测量提供了有效可行的方法，拥有在同类实验工程中广泛使用的价值。本文以科发高压公司某型号超高压容器为设计依据，利用有限元法对受压圆筒进行强度分析，利用ANSYS对多层缩套过程进行模拟和优化，为超高压容器的结构创新奠定了一定的基础。
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH49

【参考文献】

中国期刊全文数据库前10条

1 常亮明;Mises屈服条件和理想弹塑性模型的身管自紧理论[J];兵器材料科学与工程;1999年05期

2 游理华,陈如欣;自增强厚壁园筒的应力分析与优化设计[J];重庆大学学报(自然科学版);1987年01期

3 傅卫国,吴光华;热套圆筒最佳过盈量和自增强压力简捷计算[J];化工装备技术;1993年04期

4 姜学艳;刘慧颖;吉仁塔布;;超高压厚壁圆筒自增强处理有限元仿真与残余应力分析[J];化工装备技术;2010年01期

5 徐一凡;;考虑材料强化效应的超高压容器最佳自增强设计[J];机械设计与制造;1993年03期

6 张于贤;;关于缩套圆筒过盈量的研究[J];机械研究与应用;2006年05期

7 朱务学,查子初;自增强厚壁圆筒的弹塑性应力应变分析[J];力学学报;1987年S1期

8 袁格侠;;复合超高压容器主要参数对其承压能力的影响[J];机械设计与制造;2012年09期

9 张玲艳;邱水才;卢齐英;;基于ANSYS自增强高压管道的承载能力研究[J];化工自动化及仪表;2012年12期

10 贾红光;;基于ANSYS的厚壁圆筒的弹塑性应力分析[J];青海大学学报(自然科学版);2010年03期