本文關鍵詞：方形容器橢圓形開孔結構有限元分析及強度設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：由于各種工藝和結構上的要求,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各樣的孔,不規(guī)則形狀及非標壓力容器的開孔設計及強度校核超出了一般設計規(guī)范的適用范圍,只能依靠經驗或者是實驗研究來得出結論,所以設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行的應力分析設計逐漸成為了一種很好的設計方法,在產品的結構設計,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計工作者所青睞。本文遵循分析設計方法的原則(彈性應力分析和塑性失效準則),采用三維實體有限元方法,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,導入到ANSYS軟件中,設定好與實際工況相接近的邊界條件,再施加以給定的載荷,進行靜力學分析,將各種載荷作用下產生的彈性應力分別計算出來,然后根據塑性失效準則對彈性應力進行分類,并采用不同的準則加以限制,再對各類應力進行評定。本文以工程實踐中承受內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),進行了應力分析和強度設計,旨在為產品設計提供有效的參考依據。大開孔接管區(qū)的局部會產生很高的應力,使用有限元方法設計,更偏于安全和可靠。文中進行了一系列彈性應力分析,確定了應力分布特點,得出了一些一般性的結論。全文通過計算分析得出了上述重要區(qū)域的應力分布圖,使工程人員對這些區(qū)域結構的強度有了更好的把握,使今后所設計的結構更趨于安全性,同時也更加經濟,從而指導生產實踐,并在實踐中檢驗結構的合理性。最后,在確定容器的強度滿足設計條件之后,計算得知容器尚有較多強度裕量,文中提出了優(yōu)化設計方案,采用WorkBench中的優(yōu)化模塊對方形容器的壁厚做了參數(shù)化設置,得出了目標函數(shù)對設計點的響應關系,并采用了其中的輕量化設計,使容器的整體質量降低了22.3%。
【關鍵詞】：方形容器 橢圓形開孔 有限元分析 強度評定 輕量化設計
【學位授予單位】：武漢工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：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際意義12-13
• 1.2 壓力容器開孔接管區(qū)應力分析的研究現(xiàn)狀13-20
• 1.3 本文研究的主要內容20-22
• 第二章 設計方法及局部應力理論研究22-36
• 2.1 常規(guī)設計與分析設計22
• 2.2 應力分類及應力評定22-24
• 2.2.1 應力分類的基本思路22-23
• 2.2.2 容器典型部位的應力分類23-24
• 2.3 各類應力的評定24-26
• 2.3.1 應力強度24-25
• 2.3.2 應力強度計算步驟25-26
• 2.3.3 設計應力強度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（各向異性復合材料板）31-35
• 2.6 本章小結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構及模型36-40
• 3.2 模型網格劃分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力分析結果43
• 3.4.2 承受y方向力和力矩工況下的計算結果及分析43-44
• 3.4.3 承受y方向力和力矩工況下的強度評定44-48
• 3.4.4 承受y方向力和力矩工況的應力分類評定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力分析結果49-51
• 3.5.2 承受x方向力和力矩工況的應力分類評定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力分析結果52-53
• 3.6.2 承受z方向力和力矩工況的應力分類評定53-54
• 3.7 本章小結54-56
• 第四章 基于ANSYS的壓力容器開孔接管區(qū)復合工況分析56-70
• 4.1 承受多方向力和力矩的復合工況Ⅰ56-63
• 4.1.1 管箱在承受多方向力和力矩的復合工況Ⅰ下的應力分析結果56-63
• 4.1.2 復合工況Ⅰ的應力分類評定63
• 4.2 承受多方向力和力矩的復合工況Ⅱ63-66
• 4.2.1 管箱在承受多方向力和力矩的復合工況Ⅱ下的應力分析結果64-66
• 4.2.2 復合工況Ⅱ的應力分類評定66
• 4.3 承受多方向力和力矩的復合工況Ⅲ66-69
• 4.3.1 管箱在承受多方向力和力矩的復合工況Ⅲ下的應力分析結果67-69
• 4.3.2 復合工況Ⅲ的應力分類評定69
• 4.4 本章小結69-70
• 第五章 容器結構的輕量化設計70-88
• 5.1 多種變量與目標的結構優(yōu)化設計70-71
• 5.1.1 優(yōu)化設計的理論基礎70-71
• 5.2 承受 8MPA內壓工況下的輕量化設計71-79
• 5.2.1 承受 8MPa內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內壓工況下的多變量敏感性分析72-74
• 5.2.3 承受 8MPa內壓工況下的多目標優(yōu)化性分析74-76
• 5.2.4 結構強度驗證76-79
• 5.3 承受 16MPA內壓工況下的輕量化設計79-86
• 5.3.1 承受 16MPa內壓工況下的建模及優(yōu)化參數(shù)的確定80
• 5.3.2 承受 16MPa內壓工況下的多變量敏感性分析80-82
• 5.3.3 承受 16MPa內壓工況下的多變量敏感性分析82-84
• 5.3.4 結構強度驗證84-86
• 5.4 本章小結86-88
• 第六章 總結與展望88-90
• 6.1 全文總結88-89
• 6.2 研究展望89-90
• 參考文獻90-96
• 攻讀碩士期間已發(fā)表的論文96-98
• 致謝98

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