本文關(guān)鍵詞：方形容器橢圓形開孔結(jié)構(gòu)有限元分析及強(qiáng)度設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：由于各種工藝和結(jié)構(gòu)上的要求,常常需要在壓力容器上開孔接管,這樣不可避免的要在各類壓力容器的外壁上開設(shè)各樣的孔,不規(guī)則形狀及非標(biāo)壓力容器的開孔設(shè)計及強(qiáng)度校核超出了一般設(shè)計規(guī)范的適用范圍,只能依靠經(jīng)驗(yàn)或者是實(shí)驗(yàn)研究來得出結(jié)論,所以設(shè)備的可靠性和安全性往往得不到保證。近些年來以有限單元法為手段而進(jìn)行的應(yīng)力分析設(shè)計逐漸成為了一種很好的設(shè)計方法,在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計,成本節(jié)約、周期縮短等方面效果十分顯著,近十多年來為廣大設(shè)計工作者所青睞。本文遵循分析設(shè)計方法的原則(彈性應(yīng)力分析和塑性失效準(zhǔn)則),采用三維實(shí)體有限元方法,先在SolidWorks平臺下建立好帶接管法蘭并開橢圓形孔的方形容器三維有限元模型,導(dǎo)入到ANSYS軟件中,設(shè)定好與實(shí)際工況相接近的邊界條件,再施加以給定的載荷,進(jìn)行靜力學(xué)分析,將各種載荷作用下產(chǎn)生的彈性應(yīng)力分別計算出來,然后根據(jù)塑性失效準(zhǔn)則對彈性應(yīng)力進(jìn)行分類,并采用不同的準(zhǔn)則加以限制,再對各類應(yīng)力進(jìn)行評定。本文以工程實(shí)踐中承受內(nèi)壓作用的方形容器開橢圓形孔為課題背景,對單組和多組在不同外加力和力矩作用下開橢圓孔的方形容器接管區(qū),進(jìn)行了應(yīng)力分析和強(qiáng)度設(shè)計,旨在為產(chǎn)品設(shè)計提供有效的參考依據(jù)。大開孔接管區(qū)的局部會產(chǎn)生很高的應(yīng)力,使用有限元方法設(shè)計,更偏于安全和可靠。文中進(jìn)行了一系列彈性應(yīng)力分析,確定了應(yīng)力分布特點(diǎn),得出了一些一般性的結(jié)論。全文通過計算分析得出了上述重要區(qū)域的應(yīng)力分布圖,使工程人員對這些區(qū)域結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度有了更好的把握,使今后所設(shè)計的結(jié)構(gòu)更趨于安全性,同時也更加經(jīng)濟(jì),從而指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐,并在實(shí)踐中檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)的合理性。最后,在確定容器的強(qiáng)度滿足設(shè)計條件之后,計算得知容器尚有較多強(qiáng)度裕量,文中提出了優(yōu)化設(shè)計方案,采用WorkBench中的優(yōu)化模塊對方形容器的壁厚做了參數(shù)化設(shè)置,得出了目標(biāo)函數(shù)對設(shè)計點(diǎn)的響應(yīng)關(guān)系,并采用了其中的輕量化設(shè)計,使容器的整體質(zhì)量降低了22.3%。
【關(guān)鍵詞】：方形容器 橢圓形開孔 有限元分析 強(qiáng)度評定 輕量化設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH49
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 課題的工程背景及實(shí)際意義12-13
• 1.2 壓力容器開孔接管區(qū)應(yīng)力分析的研究現(xiàn)狀13-20
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容20-22
• 第二章 設(shè)計方法及局部應(yīng)力理論研究22-36
• 2.1 常規(guī)設(shè)計與分析設(shè)計22
• 2.2 應(yīng)力分類及應(yīng)力評定22-24
• 2.2.1 應(yīng)力分類的基本思路22-23
• 2.2.2 容器典型部位的應(yīng)力分類23-24
• 2.3 各類應(yīng)力的評定24-26
• 2.3.1 應(yīng)力強(qiáng)度24-25
• 2.3.2 應(yīng)力強(qiáng)度計算步驟25-26
• 2.3.3 設(shè)計應(yīng)力強(qiáng)度26
• 2.4 極限分析和安定性分析26-29
• 2.4.1 極限分析26-27
• 2.4.2 安定性分析27-29
• 2.5 孔邊的應(yīng)力集中29-35
• 2.5.1 無限平板圓形開孔情況29-31
• 2.5.2 無限平板開橢圓形孔情況（各向異性復(fù)合材料板）31-35
• 2.6 本章小結(jié)35-36
• 第三章 基于ANSYS的壓力容器開孔接管區(qū)單一工況分析36-56
• 3.1 方形容器橢圓形開孔接管結(jié)構(gòu)及模型36-40
• 3.2 模型網(wǎng)格劃分40-41
• 3.3 管箱邊界條件41-42
• 3.3.1 邊界條件處理41-42
• 3.4 承受Y方向力和力矩的工況42-49
• 3.4.1 管箱在承受y方向力和力矩工況下的應(yīng)力分析結(jié)果43
• 3.4.2 承受y方向力和力矩工況下的計算結(jié)果及分析43-44
• 3.4.3 承受y方向力和力矩工況下的強(qiáng)度評定44-48
• 3.4.4 承受y方向力和力矩工況的應(yīng)力分類評定48-49
• 3.5 承受X方向力和力矩的工況49-51
• 3.5.1 管箱在承受x方向力和力矩工況下的應(yīng)力分析結(jié)果49-51
• 3.5.2 承受x方向力和力矩工況的應(yīng)力分類評定51
• 3.6 承受Z方向力和力矩的工況51-54
• 3.6.1 管箱在承受z方向力和力矩工況下的應(yīng)力分析結(jié)果52-53
• 3.6.2 承受z方向力和力矩工況的應(yīng)力分類評定53-54
• 3.7 本章小結(jié)54-56
• 第四章 基于ANSYS的壓力容器開孔接管區(qū)復(fù)合工況分析56-70
• 4.1 承受多方向力和力矩的復(fù)合工況Ⅰ56-63
• 4.1.1 管箱在承受多方向力和力矩的復(fù)合工況Ⅰ下的應(yīng)力分析結(jié)果56-63
• 4.1.2 復(fù)合工況Ⅰ的應(yīng)力分類評定63
• 4.2 承受多方向力和力矩的復(fù)合工況Ⅱ63-66
• 4.2.1 管箱在承受多方向力和力矩的復(fù)合工況Ⅱ下的應(yīng)力分析結(jié)果64-66
• 4.2.2 復(fù)合工況Ⅱ的應(yīng)力分類評定66
• 4.3 承受多方向力和力矩的復(fù)合工況Ⅲ66-69
• 4.3.1 管箱在承受多方向力和力矩的復(fù)合工況Ⅲ下的應(yīng)力分析結(jié)果67-69
• 4.3.2 復(fù)合工況Ⅲ的應(yīng)力分類評定69
• 4.4 本章小結(jié)69-70
• 第五章 容器結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計70-88
• 5.1 多種變量與目標(biāo)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計70-71
• 5.1.1 優(yōu)化設(shè)計的理論基礎(chǔ)70-71
• 5.2 承受 8MPA內(nèi)壓工況下的輕量化設(shè)計71-79
• 5.2.1 承受 8MPa內(nèi)壓工況下的建模及優(yōu)化參數(shù)的確定71-72
• 5.2.2 承受 8MPa內(nèi)壓工況下的多變量敏感性分析72-74
• 5.2.3 承受 8MPa內(nèi)壓工況下的多目標(biāo)優(yōu)化性分析74-76
• 5.2.4 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)證76-79
• 5.3 承受 16MPA內(nèi)壓工況下的輕量化設(shè)計79-86
• 5.3.1 承受 16MPa內(nèi)壓工況下的建模及優(yōu)化參數(shù)的確定80
• 5.3.2 承受 16MPa內(nèi)壓工況下的多變量敏感性分析80-82
• 5.3.3 承受 16MPa內(nèi)壓工況下的多變量敏感性分析82-84
• 5.3.4 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)證84-86
• 5.4 本章小結(jié)86-88
• 第六章 總結(jié)與展望88-90
• 6.1 全文總結(jié)88-89
• 6.2 研究展望89-90
• 參考文獻(xiàn)90-96
• 攻讀碩士期間已發(fā)表的論文96-98
• 致謝98

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本文編號：429293