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大开孔结构压力容器有限元分析及强度设计

作　者: 黄燕丽
导　师: 王世杰
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 压力容器开孔接管补强有限元法应力分析
分类号: TH49
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

由于设计参数的需求,不可避免要在压力容器外壁上开设各样的大开孔,大开孔的补强设计超出了一般设计规范的适用范围,就只能依靠经验或者是实验研究,进行对比分析,所以设备的可靠性和安全性往往得不到保证。然而以有限单元法为手段而进行应力分析不失为一种很好的设计方法,尤其对于产品的结构设计,其节约设计成本、缩短设计周期等效果十分显著,近十多年来为广大设计工作者所青睐。本文遵循应力分析设计方法的原则(弹性应力分析和塑性失效准则),采用三维实体有限元方法,应用ANSYS软件,对大型薄壁大开孔压力容器的平齐式接管补强结构进行了应力分析,旨在为产品设计提供有效的参考依据。文中建立了大型薄壁压力容器的三维有限元模型,为了考察一些变量的作用,进行了一系列弹性应力分析,确定了应力分布特点,得出了一些一般性的结论。大开孔接管的局部会产生很高的应力,使用有限元方法设计比压力面积法更偏于安全和可靠,所以最好先采用有限单元法对大开孔补强区进行应力分析,然后按照分析设计的理论进行安全评定,进而设计出满足补强要求的结构。经有限元方法验证,使用压力面积法设计大开孔时要留一定的补强面积余量,才能保证结构安全且经济;通过对比一系列壳体和接管壁厚比不同的有限元模型的计算结果,确定了厚度比对应力的影响关系,从而推断出合理的厚度比的取值范围。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-13
  1.1 课题的工程背景及实际意义  9
  1.2 压力容器开孔补强设计的研究现状  9-12
  1.3 课题的主要研究内容  12-13
第二章有限元分析方法及其支撑软件  13-16
  2.1 有限元分析方法  13-14
  2.2 有限元分析软件  14-16
第三章压力容器的设计理论及开孔补强方法  16-28
  3.1 常规设计与分析设计  16-19
    3.1.1 常规设计  16-17
    3.1.2 分析设计  17-18
    3.1.3 常规设计与分析设计的对比  18-19
  3.2 应力分类及应力评定  19-23
    3.2.1 应力分类的基本思路  19-21
    3.2.2 各类应力的评定  21-23
  3.3 现有大开孔的补强方法  23-28
    3.3.1 压力面积法  23-25
    3.3.2 极限压力法  25
    3.3.3 有限单元法  25-28
第四章内压圆柱壳体大开孔率补强结构的应力分析  28-69
  4.1 有限元模型的构建  28-30
    4.1.1 建模构想  28
    4.1.2 有限元模型构建  28
    4.1.3 边界条件  28-29
    4.1.4 计算条件  29-30
  4.2 有限元计算结果的处理  30-32
  4.3 接管平齐式补强结构及模型  32-66
    4.3.1 接管平齐式补强结构  32-33
    4.3.2 模型1（t=16mm，t/T=0.89）  33-38
    4.3.3 模型2（t=17mm，t/T=0.95）  38-43
    4.3.4 模型3（t=18mm，t/T=1）  43-45
    4.3.5 模型4（t=19mm，t/T=1.06）  45-48
    4.3.6 模型5（t=20mm，t/T=1.11）  48-50
    4.3.7 模型6（t=22.5mm，t/T=1.25）  50-53
    4.3.8 模型7（t=31.5mm，t/T=1.75）  53-56
    4.3.9 模型8（t=36mm，t/T=2）  56-59
    4.3.10 模型9（t=45mm，t/T=2.5）  59-62
    4.3.11 模型10（t=55mm，t/T=3）  62-66
  4.4 壳体与接管刚度差对应力的影响  66-67
  4.5 压力面积法的安全性  67-69
第五章结论  69-71
  5.1 结论  69-70
  5.2 展望  70-71
参考文献  71-73
在学研究成果  73-74
致谢  74

大开孔结构压力容器有限元分析及强度设计

内容摘要

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