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最近看了一些真空设备设计的资料，真空设备这块从理论到实际设计还是比较成熟的，也有很多相关标准可循。在这分享一些。" S, K5 w z: {: s$ q
一。真空设备制造工艺技术标准规范全书2 w" B2 E( [2 m0 k" K8 M3 n
http://pan.baidu.com/s/1i48cq81$ T5 F$ l# [: R k1 k6 F8 q9 n
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二。此类问题用软件分析要简便可靠的多，下面是个例子。
9 M7 M o( k: L4 N& ~0 u: I$ P# F真空箱强度的分析与优化. I6 F8 {+ Y$ o3 f6 m
近年来真空冷却与气调保鲜技术的有机结合，被誉为21世纪保鲜新技术。其主要内容是由农产品的采摘、真空冷却、气调处理、贮藏和运输等多个环节形成的“冷链”组成。该技术对收获后的新鲜农产品（蔬菜、果品、花卉）的保鲜延长储存期有着明显效果，可扩大农产品异地调配范围，实现不同季节均衡上市，促进出口创汇，具有明显的社会经济效益。该保鲜技术中的一个重要部件是真空箱。它体积庞大，为了抵抗抽真空所导致的压力，一般采用不锈钢制成，这样真空箱在制造和运输过程中花费较大。为了在满足工作要求的前提下进一步降低产品材料消耗及成本，本文在对原有真空箱强度分析的基础上，利用有限元方法对真空箱进行了优化设计。
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, P' n4 ]' d% n8 f! a8 d8 E一、真空箱的结构和工作条件
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* H$ V* s% _2 ~" r, q0 _ E1 a图1所示是一真空箱，其外形为一长方体，外形尺寸为8900×2836×2648mm，由12mm厚的1Cr18Ni9钢板作基板和8mm厚的1Cr18Ni9钢板加强板焊接而成。在工作过程中，真空箱通过四个支脚固定，其内部处于真空状态。
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- q7 T2 z: l& d6 \二、建立有限元模型
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+ W1 U; F4 Q9 `9 r. e) q4 E1.模型简化及相关参数
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4 T7 w) E+ p* R由于真空箱使用前，在大约1个小时内由常压抽为真空，因此可以认为真空箱是处于静载作用下的，外压 Pa。
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$ C- ]& n% I3 ~& J- ?9 l/ _工作中真空箱四个脚固定，这样其约束采用在四个节点约束6个自由度。
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根据压力容器的相关规范，取安全系数n=2.0，则许用抗拉强度为：& k6 Y+ t+ F8 H$ P& a) t& v
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2.网格划分及有限元分析
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真空箱的焊缝强度是一个非常复杂的问题，在本文中暂不研究。在有限元模型中把焊接作为一体处理。 7 t; X( J% w+ Q( K4 @. y
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本例采用quad4网格形式自动划分网格。考虑建立壳（shell）单元时厚度的不同，以及加载方便，分别以前后基板、左右基板、上下基板和加强板建立四个分组。 9 d# B# F1 m: f t% F* o
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为使划分的网格匹配，保证基板和加强板之间的载荷传递，采用小块表面（surface）建立几何模型，本例共建立1722个表面。
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( A* W5 c4 T: {: U& ^9 ?加上边界条件和材料后，使用Nastran2004对其进行分析，结果如图2所示。
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从图中可以得到：工作应力σmax=308 MPa， ' v1 `- J1 R! O5 B; w- i
Q) I" y" h3 z* Q' Y所以，当强度剩余系数g2时，即可以满足使用要求。 5 R6 p) k3 M# }1 ~* Z
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9 `7 R6 E8 @& Y, m' s三、优化设计
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以基板和加强板的厚度作为设计变量，根据前面的分析和设计经验，基板的厚度值范围应限定为5～13mm，加强板的厚度值范围应限定为3～9mm。设计的目标是达到重量最轻，设计约束为VON Mises应力值在-450～450MPa。 ) e Z V0 Z2 w6 g0 k
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本例在分析中设定的循环次数为10，而在实际计算中只循环了4次就逼近了设计目标。优化结果分别如图3、图4和图5所示。+ \& f$ I; S) m
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查看*.f06文件，优化的详细结果如下：
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设计变量的值为：左右基板厚度为5.0013mm，前后基板厚度为5.0mm，上下基板厚度为5.0004mm、加强板厚度为7.8316mm。 5 n1 w0 R' a* g5 u8 l# [: ~3 V
+ h6 H, Q, t. b( B: G经过优化设计后，真空箱重量由13120Kg减小为7897Kg。
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四、小结 & s* K% `( r& e3 V; e& c* K- {. K
' s. [( y( I! y: s本文首先对原有的真空箱进行了强度分析，确定了其强度有较大裕度。然后在上述分析的基础上，使用有限元方法以重量为优化目标对真空箱进行了优化设计，并获得了最小壁厚。从优化设计后的结果来看，真空箱的重量由13120Kg降低到7897Kg，重量减少了40％，效果比较明显。 ' Z1 ]7 d' h3 O% I5 D
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发表于 2016-9-30 09:35:54
