基于ANSYS的大型真空钢制球罐有限元分析

发布时间：2017-08-02 22:04

  本文关键词：基于ANSYS的大型真空钢制球罐有限元分析

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【摘要】：球罐是一种典型的薄壳压力容器,随着容积的增加,其设计、加工制造、组装及热处理的难度也随之增大,随着计算机技术应用的不断深入,有限元分析设计已经在工程上得到广泛应用。采取有限元分析技术可以更加准确、直观地反映非线性应力分布,便于结构优化处理,使大型球罐的设计更趋合理性。球形压力容器与其他压力容器相比有很多优点,如占地面积小,受力情况好,承压能力高,现场安装和运输方便。国内外球罐技术发展的方向都是高参数大型化,球罐大型化可以降低单位容积存储能力的投资,节省占地面积,也节省了辅助设施的费用,同时便于管理。球罐受到的载荷也比较复杂,大多数情况下都是处于多载荷联合作用下,由于在试验的条件下无法进行非人工载荷的分析和模拟,所以要用分析软件对大型钢制球罐进行模拟分析。本文首先通过相关文献资料的研究和探讨,根据大型钢制球罐的成本相对较高,所受载荷相对复杂,所考虑的安全可靠性因素更复杂,得出对大型钢制球罐进行有限元分析的重要性。其次对20000m3大型真空钢制球罐强度计算和强度校核,同时对有限元分析理论进行了简单概括的阐述,并对本文所使用的分析软件ANSY S进行了简单介绍。再次利用ANSYS软件对球罐进行建模,施加载荷,然后分析各种载荷对钢制球罐应力和变形的影响。在建模过程中利用ANSYS软件特有的参数化功能对球罐进行参数化实体建模,实现对钢制球罐模型的参数化操作,这样可以达到一次建模多次受益的结果。然后进行有限元网格划分,采用了自由网格划分和局部网格划分相结合的网格划分方式。最后通过模拟计算得出重力载荷,最大操作外压,地震载荷,风载荷,雪载荷,以及组合工况对球罐应力和变形的影响。并通过GB12337-1998中相关标准的规定,对球罐部分工况条件下的应力和变形进行理论计算,与通过模拟得出的有关数据进行对比,进一步证明利用ANSYS软件对大型球罐进行应力分析的快速性和准确性。
【关键词】：球罐 有限元 ANSYS 应力 位移
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH49
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 研究课题的背景和来源11
• 1.2 球罐概述11-15
• 1.2.1 球罐特点12
• 1.2.2 球罐分类12-13
• 1.2.3 球罐的结构13-14
• 1.2.4 大型钢制球罐的材料选用和制造、安装要求14
• 1.2.5 球罐的结构设计14-15
• 1.2.6 球罐的检验维修15
• 1.3 国内外研究现状15-17
• 1.4 本课题研究的目的和意义17-18
• 1.5 本文的主要工作18-19
• 第2章 20000m~3真空钢制球罐的设计与有限元理论19-33
• 2.1 设计参数的确定19-21
• 2.1.1 设计标准的确定19
• 2.1.2 设计压力的确定19-20
• 2.1.3 设计温度的确定20
• 2.1.4 球罐材料的确定20
• 2.1.5 腐蚀裕度的确定20-21
• 2.2 球罐的强度计算21-25
• 2.2.1 球壳计算22
• 2.2.2 球罐质量计算22-23
• 2.2.3 地震载荷计算23
• 2.2.4 风载荷计算23
• 2.2.5 弯矩计算23-24
• 2.2.6 支柱计算24-25
• 2.3 有限元理论25-28
• 2.3.1 有限元理论基础25-26
• 2.3.2 有限元法的基本思路26-28
• 2.4 ANSYS软件及其功能介绍28-32
• 2.4.1 ANSYS应力分析软件介绍28-30
• 2.4.2 ANSYS参数化功能介绍30-31
• 2.4.3 参数化建模的现实意义31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 大型真空钢制球罐有限元模型的建立33-43
• 3.1 材料特性、单元类型的选取33-35
• 3.1.1 球罐的材料特性33
• 3.1.2 单元类型的选取33-35
• 3.2 球罐有限元模型的建立35-39
• 3.2.1 建模方法35-36
• 3.2.2 建模过程36-39
• 3.3 网格划分方法39-40
• 3.4 边界条件40-41
• 3.4.1 应力边界条件40-41
• 3.4.2 位移边界条件41
• 3.5 本章小结41-43
• 第4章 大型真空钢制球罐应力分析43-65
• 4.1 重力载荷应力分析43-45
• 4.2 最大操作外压应力分析45-46
• 4.3 地震载荷应力分析46-51
• 4.3.1 竖直地震载荷应力分析47-49
• 4.3.2 水平地震载荷应力分析49-51
• 4.4 风载荷应力分析51-56
• 4.5 雪载荷应力分析56-59
• 4.6 组合工况应力分析59-62
• 4.7 理论计算进行验证62-64
• 4.8 本章小结64-65
• 第5章 结论与展望65-67
• 5.1 全文总结65-66
• 5.2 展望66-67
• 参考文献67-73
• 致谢73

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本文编号：611393