基于ANSYS Workbench稳定性分析的大型真空容器优化设计

真空容器是石油、化工等行业中常见的设备之一,与内压容器不同,真空容器往往发生的是稳定性破坏。文中首先采用有限元软件ANSYS Workbench对DN22000 mm的真空容器进行了特征值屈曲分析,结果表明:其外压承载系数为17.427,远大于外压安全系数2.5。进而采用Response Surface Optimization模块对该真空容器进行优化设计,分析了外压承载系数、容器质量随穹顶壁厚和筒体壁厚的变化规律,以及外压承载系数、容器质量、应力随穹顶辐射筋数量的变化规律。最终确定穹顶壁厚取20 mm、筒体壁厚取22 mm、穹顶辐射筋取16个,优化后结构较最初结构质量减小了83140 kg,减小了17.02%,并且稳定性满足ASME规范要求,实现了容器轻量化的设计目标,从而显著降低制造成本。

基于温度和频率的橡胶本构模型及减振器振动性能研究

随着我国航天事业的高速发展,特种电子通信设备等各类电子设备被广泛应用于航天器中。由于在发射过程中的剧烈振动,以及在太空中可能遇到的各种冲击和压力变化,这类电子设备的振动问题需重点关注,常采用橡胶减振器进行减振。针对橡胶减振器,首先考虑橡胶材料的频率相关性与温度相关性,推导了修正六参数分数导数模型;其次对带橡胶减振器的电子设备进行了正弦与随机振动试验;再次对结构进行有限元分析,并将有限元分析结果与试验结果对比;最后通过有限元分析预测不同温度的减振性能。结果表明,修正六参数分数导数模型能够较好地表征橡胶振动性能,且橡胶减振器具有良好的减振性能,但其减振效果随着温度降低而下降。

矩形大开孔外压薄壁圆柱壳结构稳定性研究

以含矩形大开孔的薄壁圆柱壳结构为研究对象,利用ANSYS Workbench软件对其进行了屈曲分析,研究了不同的几何影响因素和材料参数与其临界失稳载荷和屈曲行为的关系。结果表明:结构的临界失稳载荷主要影响因素为壳体的径厚比;在弹性模量不变的情况下,临界失稳载荷与材料的屈服强度近似为线性关系;径厚比和材料参数的改变并不会改变结构的屈曲行为和趋势。

面向“双碳”目标人才培养的工业化学课程教学改革探索与实践

为培养“双碳”目标高等教育紧缺专业人才,过程装备与控制工程专业工业化学课程“教”与“学”的模式需要与时俱进,改变以教师为中心的教学模式,建立以学生为中心的教学模式势在必行。该文针对工业化学课程教学过程中存在的“双碳”目标教育内容不足问题,初步探索通过增加绿色工程教育内容、实施项目驱动教学、建设跨学科的工业化学师资队伍和建立与“双碳”目标人才培养相适应的教学评价方法等措施来提高教学质量,并提出“双碳”目标下工业化学课程体系改革建议,为培养“双碳”目标紧缺人才提供参考和应用实践。

压力容器及容器-管道系统的安定载荷计算方法对比

针对压力容器及容器-管道系统的安定载荷计算,介绍了循环弹塑性分析法、下限安定定理法和双极限载荷法3种求解安定载荷方法的原理和流程。基于这3种方法,具体计算了机械载荷下厚壁圆筒和标准椭圆封头中心接管的安定载荷,以及热载荷下标准椭圆封头中心管系整体模型的安定载荷,并对比分析了3种方法的优缺点。结果表明,循环弹塑性分析法能较准确地反映结构的实际承载能力,但求解复杂、工作量最大;双极限载荷法和下限安定定理法相对于循环弹塑性分析法的最大误差均小于5%,且偏保守,双极限载荷法的计算量最小。综合考虑计算精度和工作量,在工程设计中可采用双极限载荷法;对于计算精度要求较高、周围弹性材料对最大应力点的约束能力较弱的情况,建议采用循环弹塑性分析法。

高压筒体大直径双开孔补强分析及优化设计

针对工程上高压容器筒体大开孔产生较大应力集中的问题,以某高压容器筒体开大直径双孔结构为研究对象,采用应力集中系数K表征开孔对筒体造成强度削弱的程度,基于有限元方法分析了圆角半径、3个无量纲参数(开孔率d/D、接管与筒体厚度比t/T、筒体径厚比D/T)、接管间角度α和中心距L对应力集中系数K的影响。并按照GB/T 150.3—2011中分析法初步设计厚壁接管补强结构,进行响应面优化分析得到最优方案,在满足强度要求的情况下,实现了设备质量的减轻。结果表明:开孔率d/D>0.6时,需要考虑双开孔对应力集中的叠加作用;接管排布角度在30°~90°之间会在一定程度增大应力集中;厚壁接管结构中,筒体厚度T及接管补强段厚度t对应力集中影响程度较大。本研究得到了各参数对应力集中的定量化影响规律,可为大开孔接管设计与排布提供参考依据。

基于DIGIMAT的碳纤维增强环氧树脂编织复合材料的力学性能

为准确预测不同编织工艺参数下编织复合材料的等效弹性性能,拓宽碳纤维增强环氧树脂编织复合材料的应用领域。建立了考虑随纤维路经产生扭结缺陷的二维三轴编织复合材料的代表性体积单元(RVE),并基于平均场均匀化方法,利用DIGIMAT预测复合材料的等效弹性模量,分析不同编织角对编织复合材料等效工程常数的影响规律;其次基于强度失效准则,预测编织复合材料在单轴拉伸加载情况下的力学性能;最后通过数值模拟获得编织复合材料RVE的应力与应变。结果表明:预测的编织参数对等效工程常数的影响规律与试验测量一致,获得的应力、应变可为进一步研究其损伤破坏行为提供参考。

激光熔化沉积稀释率对重熔行为与致密度的影响

由于激光熔化沉积(Laser melting deposition,LMD)制造的零件存在气孔、熔合不良、微裂纹、杂质等固有缺陷,其疲劳力学性能一般低于传统工艺制造的零件。为了减少LMD零件中的缺陷,研究激光熔化沉积过程中缺陷形成与控制机理是十分必要的。本研究利用三维有限元模拟结合显微观察法分析阐明了激光熔化沉积过程中单道稀释率对重熔行为与沉积零件致密度的影响。首先测量了不同工艺参数下LMD零件的致密度,建立了单道沉积面能量密度与零件致密度的拟合曲线;然后研究了工艺参数对单道沉积几何特征的影响规律,以及单道沉积稀释率对零件沉积过程中重熔行为的影响;最后建立了单道沉积稀释率与零件致密度的拟合曲线,并发现其拟合度更高。本研究对激光熔化沉积过程中零件致密度控制具有一定的指导意义。

基于ANSYS Workbench的圆筒体非径向接管补强方法研究

基于ANSYS Workbench研究了压力容器上接管倾斜角度、内伸长度、接管壁厚、补强圈厚度和肋板厚度5个因素对接管应力分布和补强效果的影响。结果表明:轴向接管倾斜角度越小应力集中越严重,而厚壁管补强、补强圈补强和内伸管补强均有一定补强效果,补强效果依次降低;切向接管倾斜角度越大应力集中越严重,厚壁管补强和补强圈补强具有一定的补强效果,厚壁管补强效果优于补强圈补强;肋板补强对两种非径向接管均无明显的补强效果。

基于弹塑性分析的局部过度应变评定方法及其应用

在弹塑性分析法中,防止局部过度应变失效的评定是压力容器分析设计中不可缺少的一环。首先阐述了采用弹塑性分析法评定局部过度应变的理论基础;然后以筒体正交接管为例,详细阐释了应用弹塑性分析法评定局部过度应变的两种流程。结果表明,在进行局部过度应变评定时,应根据容器或元件加载时是一次加载或多次加载的情况,分别选择相对应的方法进行评定。相比于传统的弹性应力分析设计方法,弹塑性分析法能够得到压力容器结构中更精确的应力应变分布状况。

双碳目标下过程装备与控制工程专业流体机械课程教学改革探索

为了培养碳达峰碳中和技术领域的高等教育紧缺人才,过程装备与控制工程专业流体机械课程教学内容和形式需要一定程度的改革。本文针对流体机械课程在教学过程中存在的问题,初步探索通过强化绿色工程教学内容、执行项目驱动教学课程实施方案、建立科教协同育人平台、培养碳达峰碳中流体机械课程师资队伍等措施来提高教学质量,提出双碳目标下流体机械课程体系改革建议,为我国过程工业实现碳达峰碳中和目标提供坚强的人才保障和智力支持。

附加弯矩对金属O形环法兰密封性能的影响研究

为深入探究附加弯矩对螺栓法兰连接结构密封性能的影响,运用ABAQUS有限元软件对某法兰结构进行数值分析,研究了法兰转角、密封槽轴向位移和金属O形环接触应力随附加弯矩的变化情况。结果表明:附加弯矩会造成法兰受拉侧转角变大,受压侧转角变小,同时受拉侧密封槽轴向位移增大;密封槽轴向位移与上法兰转角在一定范围内存在线性变化关系;金属O形环内侧接触应力随弯矩增加逐渐减小,外侧接触应力受弯矩变化影响较小。

换热器管子与管板接头拉脱力的研究

通过试验和三维有限元分析研究了换热器中管子与管板连接的液压胀接、焊接以及胀焊结合接头(包括先焊后胀以及先胀后焊两种情况)的拉脱力大小和失效形式。有限元分析考虑了接头的几何非线性、材料非线性、接触非线性以及热固耦合,从而能模拟接头材料的弹塑性变形、热塑性以及先胀后焊过程中焊接热对胀接的影响。研究结果表明,焊接接头的拉脱力远大于液压胀接接头的拉脱力,并且略大于胀焊结合接头的拉脱力;对于先胀后焊或者先焊后胀接头,拉脱力并没有明显的变化;在拉力作用下,胀接接头的破坏主要是管子与管板接触面间的拉脱破坏,而焊接接头的破坏主要为焊缝的剪切破坏。

碳纤维缠绕复合气瓶爆破压力的有限元分析

本文主要采用有限元法分析复合气瓶的爆破,按最大应力准则和最大应变准则预测爆破压力,并与《DOT CFFC》标准规定的最小爆破压力进行比较,计算误差百分比,由误差百分比分析得出,按最大应变准则预测爆破压力较为接近最小爆破压力,对工程实践有较大的指导意义。

激光清洗在石化领域的应用前景浅析

激光清洗是利用激光高能量特点去除基体表面附着物的表面工程技术,逐渐在微电子、模具、建筑和航空航天等领域示范应用。石化作为国民经济的支柱产业,却鲜有激光清洗技术应用的报道。本文介绍了石化领域清洗需求和技术现状,发现现有技术不能完全满足石化行业发展新要求,综述了近年来国内外激光清洗技术的发展,其为激光清洗在石化领域的应用提供了理论基础和思路参考,分析了激光清洗技术在石化领域的应用场合,并浅析了具体的研究方向及应用前景。

硅橡胶减振器的非线性随机振动分析

硅橡胶减振器是常用的电子设备减振装置。在结构设计阶段,有限元动力学分析是预测减振效果的重要手段。本文以带硅橡胶减振器的电子设备为研究对象,首先根据单轴压缩实验确定了硅橡胶Mooney-Rivlin超弹性本构模型的材料参数;其次基于MSC.Patran/Nastran有限元分析软件建立了硅橡胶减振器的非线性有限元模型,通过频率响应分析得到了电子设备的动态特性,并与振动实验结果进行对比研究,结果发现分析结果与实验数据具有较好的一致性,表明非线性有限元模型的准确性;最后在此基础上进行了随机振动分析,验证了硅橡胶减振器的减振效果。本文所提方法可用于类似硅橡胶减振器结构形式的设计计算以及优化设计。

操作条件对胀接接头密封性能的影响

通过有限元分析研究了操作条件对液压胀接接头密封性能的影响,即压力和温度对密封环带上最小残余接触压力的影响。研究发现,如果管程压力或温度高于壳程压力或温度,接头密封性能加强。但是在一定的管程壳程温差下,不论增加管程还是壳程的温度,接头的密封性能都可能变差。

基于Workbench的隧道管结构优化设计

隧道管是重型运载火箭燃料传送的重要部件,采用传统的经验公式设计计算,安全裕量过大,导致隧道管重量过大。基于Workbench中的Response Surface Optimization模块对隧道管进行结构优化设计,分析特定质量下外压失稳载荷随结构参数的变化规律,以及特定外压失衡载荷下质量随结构参数的变化规律,从而得出特定质量下外压失稳载荷最大时的隧道管结构,以及特定外压失衡载荷下质量最轻时的隧道管结构。所得结果为开发安全且经济的隧道管结构提供了参考。

容器与裙座连接处强度的有限元分析

按《钢制压力容器—分析设计标准》（ＪＢ４７３２—９５），采用ＡＮＳＹＳ通用有限元程序，在考虑包括热载荷、内压载荷和自重的条件下，对压力容器与裙座连接处的局部进行了传热分析和结构分析，校核了该处的安全性．

激光熔化沉积参数对316L单道几何特征的影响

激光熔化沉积(laser melting deposition, LMD)是一种先进的金属增材制造技术,具有成形速度快、无模具制造、多轴操作系统和多余粉末可有效回收等特点。但是沉积过程中会出现成形质量不良的现象,导致LMD零件致密度下降,疲劳性能降低。为了提高316L奥氏体不锈钢LMD零件的致密度与疲劳力学性能,针对LMD单道沉积工艺过程,开展实验研究分析不同工艺参数下对单道沉积几何特征的影响。本文使用316L奥氏体不锈钢粉末在激光熔化沉积设备上进行相应的工艺研究,探索了激光功率与扫描速度对单道沉积几何特征的影响。通过对工艺参数与各几何特征进行回归分析,建立了回归模型,并确立了工艺参数对几何特征的影响规律。该工作为后续316L激光熔化沉积零件疲劳实验试样的制备提供基础与参数指导。