凸形封头压力容器优化设计

针对传统的化工行业压力容器壁厚较大,生产成本过高的情况,课题组利用ANSYS有限元软件,以凸形封头压力容器中的 椭圆形封头和碟形封头压力容器为研究对象,考察其应力分布和位移分布的特点,并进行优化设计。结果表明：在相同载荷下,椭圆形封头压力容器应力较小; 椭圆形封头压力容器短半轴的变化、碟形封头压力容器直边段内径的变化趋势与目标函数体积的最大值相一致;经过21次迭代得到压力容器的最优设计参数,优 化效果明显。研究结果对于压力容器的优化设计和材料的合理利用有一定的参考意义。     

高压容器筒体与封头连接区的疲劳计算

在高压容器筒体与封头连接区,由于几何形状的不连续容易产生应力集中并伴随有疲劳现象,因此对此类部件进行疲劳寿命评估是分析设计的一个重点。文章首先利用有限元软件对该结构进行了计算,结果显示在过渡段与筒体的连接处应力值最大。并针对该应力条件,参照JB473295对该部件进行了疲劳计算。最后通过有限元结构疲劳分析加以验证。     

平板封头不连续应力分析

封头是压力容器等化工设备的主要承压元件,其结构形式与其制造过程、承载能力、制造技术等有关。笔者采用ANSYS数值模拟和试验测定二者相结合的方式测定平板封头应力分布;对两种应力分析方法进行对比分析,得出封头应力变化的规律,对平板封头设计和选型具有一定的指导意义。     

基于有限元的钢制烘缸应力计算与评定

为研究一台带内拉筒的钢制焊接烘缸的应力分布情况和结构安全性,采用有限元法,对烘缸的应力进行了有限 元计算和分析,得到了烘缸的应力分布图,并对危险区域的应力强度进行了分析和评定。结果表明：最大应力出现在烘 缸盖板与外筒体及内拉筒连接处的环带和盖板人孔开孔处的内侧区域,该区域是影响结构安全的危险区域。     

基于ANSYS的压力容器表面凹坑缺陷安全评定分析

采用通用有限元程序ANSYS建立了移动式压力容器筒体外壁表面凹坑（轴向和周向）的有限元模型。结合筒体表面凹坑的应力理论计算，研究探讨了在恒定内压下，筒体表面凹坑缺陷处的应力分布与凹坑几何尺寸之间的关系。以第三强度理论作为仿真终止判据，获取凹坑各几何参量的阈值，利用MATLAB对阈值进行最小二乘拟合，绘制出凹坑缺陷的安全评估参考曲线。拟合结果表明：轴向和周向凹坑对筒体局部结构强度的影响不同，对应的安全评估参考曲线存在区别。     

球形凸模胀形时胀形力分析计算

本文从理论上研究了球形凸模胀形过程中正应力沿子午面（θ）方向的分布状况．从塑性力学出发．推导出了胀形力的计算公式，对公式作了说明并提出了一些建议．     

圆筒有压边多次拉深极限分析

依据再拉深时筒壁口部最厚、最硬、最大拉深力出现于技深后期以及变形区小的几个显著特征，假定最大拉深力出现的变形区相应于筒口达到变形区人口位置，并以筒口应力、应变强度及厚度作为变形区于均应力、应变强度及厚度，采用平衡微分方程和塑性方程联解方法建立了有压边圆角凹模再拉深径向应力分布数位解。应用分散性失稳准则，建立了危险断面拉伸失稳强度，计及了厚向异性指数、加工硬化指数、凸模直径及凸模圆角半径的影响。用本文推导的公式借助计算机，可以迅速确定多次拉深的极限拉深系数。通过本文分析，表明筒经对多次拉深极限有明显影响；同次极限拉深系数存在取极小值的凹模圆角半径；减少初次拉深变形程度有利于提高后次拉深的权限变形能力等。     

高压容器结构不连续区域的随机有限元分析

利用二阶矩法推导出圆柱壳和球壳基于弹性失效设计准则的中径公式的可靠度指标计算公式,并将其应用于一算例中。在此可靠性设计基础上建一圆柱壳和半球形封头连接的高压容器模型,然后利用ANSYS软件对其进行随机有限元分析,求出圆柱筒体与封头连接区的可靠度。结果表明:高压容器中圆柱筒体与封头连接区的可靠度远低于半球形封头与圆柱形筒体的可靠度。本文对输出的功能函数进行的灵敏度分析,可为结构参数的优化设计提供参考。     

基于ANSYS的烘缸应力分析与结构优化

针对高压铸铁烘缸在实际工作过程中其结构不连续区域容易出现断裂破坏等问题，课题组提出了利用有限元软件ANSYS对 烘缸整体进行应力分析，得知烘缸的应力强度最大点位于轮毂与缸盖的联接处；采用增大轮毂与缸盖联接处过渡圆角半径的方法进行有限元分析，结果表明：该 方法可有效地降低烘缸联接处不连续区域的最大应力，可使烘缸满足应力强度要求，提高烘缸的安全性能。     

基于ANSYS软件对压力容器开孔接管区的应力与疲劳分析

文章利用ANSYS有限元软件对压力容器开孔接管区进行应力分析，获得了开孔接管区的应力强度分布图，得到最大应力发生在筒体最高位置与接管的连接处，[HTK]最大应力强度值为247.478 MPa。然后利用ANSYS进行疲劳寿命分析，将有限元方法与疲劳寿命分析理论相结合，得到累积使用系数均小于1，即开孔接管部位满足疲劳强度的要求，因此该容器是安全的。通过此次分析再次证明了ANSYS软件为压力容器实际工程应用中提供了可靠的、高效的理论依据。     

六氨氯化镁的粒度相关生长动力学模型

用连续稳态MSMPR反应结晶器对六氨氯化镁(MgCl2.6NH3)反应结晶过程中晶体生长速率的粒度相关性进行了研究。同时,针对六氨氯化镁产品在不同反应结晶条件下表现出的复杂的粒数密度分布形态,基于扩散学说提出了一个新的粒度相关生长速率模型。通过与Bransom、C-R、MJ2、ASL、Rojkowski指数、Rojkowski双曲以及MJ3等7种经典模型进行比较后发现,新模型对六氨氯化镁可能出现的凸形、凹形和极值形等几种有代表性的粒数密度分布形态都能给出与实验值极为吻合的描述。新模型表现出了非常良好的适应性。     

高速胶乳分离机转鼓体结构优化

针对高速胶乳离心机转鼓体受载大,应力分布不均,局部应力值大等问题,运用多目标优化设计方法,改善其结 构及应力分布。建立转鼓有限元计算模型,分析转鼓的受力和约束条件,得到转鼓体的应力和应变云图;以转鼓体外径 R1、高度H1、筒体壁厚D1和底面厚度D2作为目标参数,进行结构优化。优化结果：R1,H1和D1分别减少了4.180, 3. 640,2.353 mm,D2增加了1.518 mm;最大等效应力减小了21.09 MPa,下降率为4.29%,最大局部应力减小;总质量减 小了1. 042 kg,下降率为5.85%;最大变形量相对减小0.001 35 mm,下降率为0.65%,基本达到了优化目标。研究结果 及分析方法对碟式分离机结构优化具有参考价值和借鉴意义。     

碟式分离机高速转鼓ANSYS应力分析及实测验证

为了分析碟式分离机的转鼓体应力分布的情况，课题组应用ANSYS有限元分析法建立了转鼓的分析模型。锁环螺纹联接、转鼓内装件都会对转鼓体应力分布及大小产生直接影响，因此，对包含内装件的真实转鼓进行了建模仿真分析。探讨了薄厚碟片组对转鼓体应力场与位移场的影响，并利用光学法数字图像相关（DIC）非接触测量仪器及专用软件，对空载转鼓体外圆壁面的位移场分布进行了实测。研究结果表明：该碟式分离机转鼓体的应变（位移）场的仿真分析结果与实测结果的位移场分布规律相近；转鼓体内侧底部处的应力负荷最大处位于靠近碟片架内侧处；依据实测数据有待对有限元分析模型的建模方法做进一步的改进。研究结果对碟式分离机转鼓的结构优化、复杂组合结构的转鼓总成的有限元建模具有直接的参考作用。     

非木纤维连蒸设备结构的改进

国内普遍采用横管连续蒸煮系统处理非木纤维,此过程中因设备结构不合理而出现备料过程漏料严重,出料不 匀的现象,还因为规模不断扩大导致蒸煮管尺寸变大,使得设备过于笨重。针对原设计平盖封头结构过厚,提出设备的 结构改进：过渡料仓采用双排设计的特殊结构散料辊、用螺旋收集原料后外送代替原倾斜皮带提升原料后外送;用外压 型凸型封头结构替代蒸煮管平盖封头结构。生产实际应用表明：改进设备结构后不仅解决了上述实际应用中的问题,而 且安全可靠、密封良好,制造成本更低。     

基于ANSYS的换热器管板应力评定

王战辉, 马向荣, 范针对换热器管板受力情况复杂,传统的理论方法难以计算其内部应力分布的现象。借助ANSYS有限元分析软件,以管程、壳程同时开的瞬间工况和正常操作的稳态工况为研究对象,考察其等效应力分布规律;并对其进行应力评定。结果表明：远离换热管和管板的连接区域,等效应力呈均匀分布,为薄膜应力;最大等效应力出现在换热管外表面和管板与壳体的连接处;温度变化明显的地方,热应力也相对较大;对7种工况进行应力评定,针对危险工况,进行改进,效果明显。研究结果对于管板的安全可靠运行提供一定的技术保障。     

基于ANSYS的平板封头矩形大开孔优化设计

针对矩形大开孔的拱形平板封头处结构复杂,常规计算方法难以进行应力分析的问题,课题组提出使用ANSYS软件进行模拟计算,并采取MPC接触方式使T型加强筋与其它部件相连接,得到该结构应力分布规律。在满足强度要求与疲劳性能的基础上,使用ANSYS优化模块对结构进行优化设计。分析结果表明：平板封头矩形大开孔结构在优化后质量减少19.6 %,实现了轻量化的目标,有效降低了生产制造成本。     

微小孔振动钻削机理研究

采用振动钻削的方法对微小孔进行钻削加工，设计制作了一台新型、高效的超声波振动钻削设备，在几种常见材料上，通过改变振动钻削参数，进行孔径为０．２￣１．０ｍｍ的粘削实验；借助扫描电镜，分析孔的表面和剖面形状，对普通钻削与振动钻削加工的孔进行了比较；从入钻过程、孔的尺寸形位精度、切屑切屑形式、孔的表面质量、钻头寿命等方面分析总结出微孔振动钻削的加工机理。     

冰碛体三维细观结构随机重构及大型三轴试验离散元模拟研究

基于凸多面体顶点和面之间的拓扑关系，利用python语言编制三维随机块石生成程序，对生成的块石填充土体进而形成冰碛体数值模型。采用块体离散元程序对不同冰碛体试样进行了大型三轴试验模拟，研究了空间分布、围压大小和块石含量对冰碛体力学特性及变形破坏的影响。数值模拟结果表明，在三轴加载下，冰碛体试样发生剪胀现象，破坏后的剪切带表现出一定的绕石现象，形态上呈非对称的X形分布且受块石含量、空间分布、围压大小共同影响。冰碛体强度随着围压的增大而增大，侧面鼓胀随围压增大而减小，当围压大于800 kPa时，冰碛体在破坏后表现出应变硬化；随着含石量由5%增至35%,冰碛体黏聚力提高了68.21 kPa,内摩擦角提高了8.63°,内部块石分布造成的强度差异由0.03%增长到7%。其中含石量15%～30%阶段，抗剪强度参数急剧增大，块石对土颗粒约束增强，冰碛体由“块石悬浮”转变为“土石密实”,其余阶段黏聚力和内摩擦角缓慢增大。     

胶乳分离机高速转鼓应力研究

鉴于碟式分离机转鼓缺乏应力计算的成熟方法,以胶乳分离机转鼓为对象,研究了静应力特性,建立了力学模 型,分析了载荷与几何约束,构建了有限元模型,分析比较了关键件不同工况下的应力及分布,分析结果表明：转鼓整体 应力水平分布不均匀性明显,转鼓体沉渣区、侧壁等位置局部应力水平很高,转鼓体最大应力的位置,与转鼓体实际裂纹 失效发生部位相符。建模方法、分析结果对转鼓设计、强度评价、结构优化等具有借鉴价值。     

基于ANSYS_Workbench的深海取样外筒多目标优化设计

为了安全、稳定地收集深海浮游微生物，课题组对具有保温、保压和过滤功能的取样外筒进行了优化设计。首先，对取样外筒进行三维建模，通过ANSYS_Workbench软件对取样外筒进行静力学分析；其次，对取样外筒的设计参数进行灵敏度分析，筛选出对输出结果（质量、最大变形和最大等效应力）影响程度比较大的参数，通过响应面法构建设计参数和输出结果之间的近似函数关系。结果表明：课题组的研究在保证取样外筒质量较小的前提下，提高了其综合强度和稳定性，节约了设计成本，提高了材料利用率。