基于有限元法的超高壓容器設(shè)計與優(yōu)化.pdf

1、在最近幾十年來,隨著工業(yè)經(jīng)濟的發(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、制造工藝等提出了新的要求。本文通過查閱了大量文獻相關(guān)文獻之后,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)上詳細闡述了容器設(shè)計的各種應(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)和自增強技術(shù)等。根據(jù)多層縮套等強度理論,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,對自增強處理容器的最佳彈塑性界面半徑的確定提出了理論計算公式。這些理論解析都是本文下一步使用有限元法進行分析的基礎(chǔ)。
　　使用有限元法對雙層縮套超高壓容器和自增強容器分別進行受力及強度分析,以ANSYS軟件作為模擬工具,通過對未作自增強處理的單層容器與雙層縮套容器以及經(jīng)自增強處理的單層容器進行應(yīng)力分析比較,采用自增強技術(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,有限元法具有計算速度快、分析范圍寬泛、數(shù)據(jù)更可靠等特點。
　　基于多層縮套容器的等效應(yīng)力分布等強度為設(shè)計目標(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)雜更接近實際情況的第四強度理論的等效應(yīng)力,收斂速度快,結(jié)果準確可靠。
　　為

4、了進行相應(yīng)的液壓自增強實驗,本文提出了一套有效的實驗方案,在科發(fā)高壓公司的大力支持下,進行了自增強過程中厚壁圓筒外壁表面周向應(yīng)變的實驗,驗證了本文前章所述理論彈性承載壓力和實驗數(shù)據(jù)的一致性。本實驗為壓力容器切向應(yīng)變的測量提供了有效可行的方法,擁有在同類實驗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)計依據(jù),利用有限元法對受壓圓筒進行強度分析,利用ANSYS對多層縮套過程進行模擬和優(yōu)化,為超高壓容器的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新奠