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1、 本科毕业设计（论文）高压蓄能器分析设计 燕 山 大 学2012年 6月本科毕业设计（论文）高压蓄能器分析设计学院（系）： 环境与化学工程学院 专 业： 过程装备与控制工程 学生 姓名： 学 号： 080110040017 指导 教师： 答辩 日期： 2012.6.24 lw摘要本文主要是先依据质量最小原则确定了筒体直径，其主要方法是在容积一定的情况下，以直径为变量，以质量最轻为目标函数，以长径比，内外径之比及强度条件为约束条件进行求解。之后分别依照GB150,JB4732进行了高压蓄能器的常规设计和分析设计，并根据相关知识，进行了一系列的设计计算，确定了各部件的尺寸和大小，使其符合工程要求。
2、另外，对两种设计下的容器在质量及应力极限方面做了一些比较。本文侧重研究了压力容器不连续处的应力分析，并用ANSYS有限元软件对筒体和封头连接处、封头开孔接管处进行了应力计算，初步掌握了ANSYS的建模、网格剖分、载荷施加及求解过程，且进行了应力分类及校核。关键词高压容器；常规设计；分析设计；优化设计；有限单元法lwAbstractThis paper is mainly based on quality first optimization principle to confirme the cylinder diameter. In the volume of certain circums
3、tance,the main method is , with diameter as a variable, the quality of the light for target function and the ratio of length and diameter, diameter ratio and the condition of strength for constraint conditions to solve. After that，referred to GB150 and JB4732, the high pressure accumulator of conven
4、tional design and analysis and design have been done and in accordance with the relevant knowledge, carried out a series of design and calculation, and finally complete high pressure accumulator general structure design to determine the size of the components to meet the engineering requirement . In
5、 addition, for the two methods of the container design there are some comparation in quality and the stress .The article also studys pressure vessel in discontinuous stress analysis,caculating the stress of the cylinder and head joint and the a hole in the head with ANSYS finite element software. Tr
6、y to grasp the ANSYS modeling, mesh dissection, load applied and solving process .This article also studies the the stress classification and checking have been done.Key words High pressure vessel; Conventional design; Analysis and design; Optimization design; The method of finite element目 录摘要IAbstr
7、actII第1章 绪论11.1 课题背景11.2 课题研究成果及发展趋势11.2.1 课题的主要研究成果11.2.2 发展趋势21.3 本文研究的基本内容3第2章 容器结构形式的初步确定42.1 容器类别的判定42.2 材料的初步选定42.3 封头结构选择42.4 蓄能器筒体直径的优化确定42.4.1 优化思想确定42.4.2 设计变量42.4.3 目标函数42.4.4 约束条件52.4.5 求解过程62.5 法兰的初步选定62.6 支座的选取62.7 本章小结7第3章 高压蓄能器的常规设计83.1 强度设计83.1.1 设计依据83.1.2 计算校核项目83.1.3 筒体、封头的厚度计算83
8、.1.4 接管开孔补强93.2 密封结构选用及校核103.2.1 应力校核113.2.2 平盖校核113.3 法兰的选取123.4 质量计算123.5 支座的选取143.6 液压试验143.7 本章小结15第4章 高压蓄能器的分析设计164.1 强度设计164.1.1 设计依据164.1.2 计算校核项目164.1.3 筒体、封头的厚度计算164.1.4 接管开孔补强174.2 密封结构选用及校核194.2.1 螺栓载荷194.2.2 螺栓面积214.2.3 螺栓设计载荷214.2.4 法兰力矩224.2.5 法兰设计力矩234.2.6 法兰应力234.2.7 应力校核254.2.8 平盖校核
9、254.3 法兰的选取264.4 质量计算264.5 支座的选取284.6 液压试验284.7 常规设计与分析设计的比较294.7.1 成本对比294.7.2 应力极限的比较294.8 本章小结30第5章 ANSYS的应力分析315.1 问题分析315.2筒体与封头的连接区的应力分析315.2.1 交互过程（GUI过程）325.2.2 应力分类校核385.3 封头开孔接管区的应力分析395.3.1 交互过程（GUI过程）395.3.2 应力分类校核455.4 本章小结45结论46参考文献47致谢49附录150附录255附录360附录474lw第1章 绪论1.1 课题背景压力容器分析设计方法最早
10、正式颁布于1965年美国锅炉及压力容器规范ASME III “核装置部件的构造规则”中，列为其第一分册NB分卷“一级部件”之正文“NB 3200分析法设计”。三年后，合并到ASME III2 1968版，主要内容包括以应力分析方法为基础的设计，以疲劳分析为基础的设计以及实验应力分析1。近年来压力容器分析设计方法取得了重大进展，颁布了以美国ASME VIII2 2007 版和欧盟标准EN 134453 2002版为代表的新一代的压力容器设计规范。我国已经发表了一批介绍和评述这两个新规范中设计方法的文章2。而我国现行标准依旧是JB 4732 1995。相对国外的快速发展，规范的推陈出新有些滞后。国
11、外的新规范总体上的四大特点：（1）把需用盈利中材料强度极限的安全系数由3.0降到2.4；（2）把规则设计与分析设计并列，形成既相互独立又相互补充的两部分；（3）以失效模式为基础来编制分析设计规则，提出相应的评定要求和实施方法；（4）把数值分析方法全面引入分析设计规范，除弹性应力分析外还扩充了弹塑性分析。国内的压力容器设计规范标准是GB150与JB4732.其中JB4732对应着国外的分析设计标准。随着现代化学工业的发展，尤其化工新产品、新工艺的开发对化工设备的要求越来越高，常规设计标准GB150也越来越难以满足工艺所需的结构要求，这使得一些新技术、新工艺在化工容器设备应用受到制约，并且我国计算
12、机软硬件技术的长足发展，从经济性上使JB4732更有价值，使设计制造成本相对降低3。1.2 课题研究成果及发展趋势1.2.1 课题的主要研究成果对于国外分析设计的研究，其实就是以美国为代表的ASME VIII2分篇的研究，也就是规范的更新换代。国外的新规范总体上的四大特点：（1）把需用盈利中材料强度极限的安全系数由3.0降到2.4；（2）把规则设计与分析设计并列，形成既相互独立又相互补充的两部分；（3）以失效模式为基础来编制分析设计规则，提出相应的评定要求和实施方法；（4）把数值分析方法全面引入分析设计规范，除弹性应力分析外还扩充了弹塑性分析4。ASME VIII2 2007版在降低安全系数、
13、 全面引入数值分析工具和弹塑性分析评定方法等方面的突出特点充分表明它是一部新一代的压力容器分析设计规范。它为压力容器的设计提供了功能强大的分析手段和先进可靠的安全评定准则，是将安全性和经济性相结合的有效途经。它和欧盟的EN 134453 2002 标准的基本思想是一致的，在具体处理( 包括名词术语) 上各有特色。而国内研究主要集中在如何让JB4732更加经济，更加普及上。分析设计的理论基础，是板壳力学、 弹塑性理论及有限元法，以塑性失效与弹塑性失效为设计准则。此方法通过对容器进行全面的应力计算与分析，对载荷和应力进行分类给予不同的限制条件，以达到降低安全系数的目的，从而减小结构的厚度，使材料得
14、到有效利用2,5,6。尤其在大开孔补强结构中，或者是高压容器中以及不连续应力处有限元思想的应用越来越多用到的是分析设计的方法7。目前概括起来分析设计的方法有美国的弹塑性方法，欧洲的直接法，以及国内普遍应用的应力分类法。1.2.2 发展趋势最近几年，现代计算机软硬件技术和我国国民经济的迅猛发展 ，使JB4732分析设计标准的应用得到快速发展，具有分析设计和制造能力的单位和人才也越来越多，设计制造成本相对降低，为JB4732在更大范围的推广创造了经济条件。并且在诸如受疲劳载荷 、且要求疲劳分析的容器，相对比较大的平盖封头容器，一些特殊结构、壳体几何形状比较复杂的容器， 压力容器斜大开孔，设备需要联合开孔的容器等一些GB150不能解决，而这些问题的解决又对设备使用者来说又是至关重要的。JB4732
