超高压灭菌筒体结构强度及疲劳性能研究

发布时间：2020-04-08 01:19

【摘要】：食品超高压灭菌是一种新型高效的食品加工处理方法,具有良好的应用发展前景,根据不同食品的种类要求工作压力范围为150MPa-700MPa,同时存在频繁的加卸载过程,故要求承压容器具有极高的承载能力,同时具有较高的抗疲劳性能。本文针对各种典型超高压灭菌筒体结构,包括自增强筒体、绕丝式筒体、双层缩套筒体等,对其极限承压性能和抗疲劳性能开展系统的理论分析及数值模拟分析,具体研究内容如下:(1)针对自增强筒体的极限承载能力分别开展了理论分析和数值仿真研究,揭示了自增强技术可以有效提高筒体结构极限承载能力的机理,以等效应力最小为目标,得到包括最佳超应变度在内的自增强优化参数。通过仿真结果和理论解的比较,分析了材料硬化和包辛格效应对自增强效果的影响。(2)开展了自增强改善筒体疲劳特性的仿真研究。开发了基于塑性应变累积的材料失效准则用户子程序UMAT,结合Abaqus软件分析自增强残余应力对裂纹萌生的抑制效果。基于Fatigue软件中的裂纹扩展模块,仿真分析了超应变度、工作压力等自增强参数对裂纹扩展寿命的影响规律。(3)针对绕丝筒体的极限承载能力开展了理论分析和数值仿真研究,通过理论分析得到了包括缠绕层内外径及预紧力在内的若干优化参数,通过理论和仿真结果的对比验证仿真模型的基础上,仿真研究了不同绕丝断面的作用效果,确定了优化的绕丝断面。(4)针对双层缩套筒体结构的极限承载能力分别开展了理论分析和数值仿真研究,通过两者对比验证理论和仿真方法的正确性,得到了包括过盈量和内外筒径比在内的优化参数。综合比较了自增强筒体、绕丝式筒体、双层缩套筒体的应力分布规律和承载力水平,为根据工作要求选择合适筒体结构提供参考。
【图文】：

逡逑１．３食品起高压加工容器的特点逡逑陈寿鹏（１９９６）综述了高压处理装置的类型、结构和性能，如图１－１所示，逡逑在食品超高压加工中，存在两种加压方式，直接加压式其高压容器是由容器筒体逡逑和活塞构成，包装后的食品和水介质在高压容器中，通过活塞压缩水介质的体积逡逑从而产生超高压力，这种结构较为紧凑但是容积较小，多用于科研实验。间接加逡逑压装置由超高压筒体、增压泵，管线等组成，通过外部高压泵产生压力将水介质逡逑不断泵入超高压筒体，从而产生超高压力，间接加压装置筒体体积较大，适用于逡逑工业生产。超高压容器的容积范围０．６？２１０Ｌ，工作压力根据食品处理方法１５０？逡逑７００ＭＰａ，，因为压力过大会导

ｍｍ逡逑图２－１不同径比下周向应力的分布逡逑由图２－丨可看出，随着径比不断增大，虽可降低内壁处的最大应力峰值，但逡逑壁厚内的应力分布均匀程度将显著恶化，当径比火２１０时，０．４倍壁厚以外区域逡逑应力极低，使其材料得不到有效利用。逡逑由第四强度理论计算材料等效应力：逡逑ＣＴｅｑ邋＝及［（ＣＴ，邋－逦）２邋＋邋（Ａ邋－邋）２邋＋邋（Ｈ邋）２邋］逦（２－２）逡逑代入筒体内壁各向应力可得：逡逑ａ邋－２／＾１逦（９．３）逡逑ａ－￣邋Ｋ２－ｌ逦（）逡逑当逡逑尸令逦（２－４）逡逑则逡逑（Ｊ＾－＾￣＼（Ｊｓ＞＜７ｓ逦（２＿５）逡逑故当工作内压／｝２＾＝０．５８（７５时，按照第四强度理论，此时无论尤取多大，逡逑即壁厚无论多厚，其内壁表面均将进入塑性屈服状态。逡逑１４逡逑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS203

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本文编号：2618671