本帖最后由 未来第一站 于 2016-9-30 09:35 编辑 ' x5 ?3 |9 _# i1 c& ^1 T! @
) [" F. @) d7 e7 V. [1 q' p. [7 R
) v$ ~. q/ k- g: t 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。$ B+ t4 K4 R/ y6 G+ ~6 v
一。真空设备制造工艺技术标准规范全书1 a1 R% {/ F) H% I
http://pan.baidu.com/s/1i48cq81
( A6 [! H, \4 P. L! D% n4 D7 x# e
二。此类问题用软件分析要简便可靠的多，下面是个例子。1 B8 [; d3 o/ a8 m1 z! u" g
真空箱强度的分析与优化0 _& ?1 H% ?: ]1 @' r. V( e
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。 0 A# T5 z. y" |# m
/ ~8 X- q1 G. ~' t
一、真空箱的结构和工作条件 - X. U/ S4 E5 E% C( S4 j
8 ^) Y. A6 g8 [+ L: s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。
2 I6 N: {! N9 D: m& G* j% N+ L9 h6 W9 h+ W5 R7 J% a. L" {
+ }6 }8 @- ~+ a$ F. s! w二、建立有限元模型
- @: j) K7 y7 \/ r$ d4 L0 q6 k) h; W
1.模型简化及相关参数 , N2 ?& E9 f8 ~# J% s" N
: Q+ @& N& y2 V) a
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。 * k" Z+ X5 `; _8 u8 T% L1 ?+ y* S' ?! I
; M- ~# c- E o8 z1 c4 }8 f/ i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。
: s p+ ]" \# D& }0 |; ~* Y; B1 `4 D0 G
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：7 A& R6 S; T4 l2 W$ D" a) Y, U
4 B% y1 F7 Y; \) D0 v @ z
M' T+ `- y6 ?4 \) k: D( V
l2 l' i5 @ n1 {0 D5 I7 x
2.网格划分及有限元分析
! h5 V; b( ]2 z& G' \
) T0 g0 E) o) w+ [, @/ s6 d& N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。 ' Z: n4 m( R1 [& w
% K. t2 B2 j |4 b. Q+ J
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。 0 u; |" `# p% x5 j( M+ S
y; k8 q$ v8 b2 ^2 p0 u+ f- e1 w3 V0 d" f
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。
j& u+ _; D- J- Z, T
+ Q E. V8 X7 a$ H( e1 g4 e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。& a4 z& @7 f2 I" O7 n9 C$ w& O2 f
$ I$ [* C5 U; n+ E C从图中可以得到：工作应力σmax=308 MPa， " f4 E" C* {4 G0 }( _8 z* t
9 E6 ~0 @& @1 I/ [/ g; h所以，当强度剩余系数g2时，即可以满足使用要求。
# {5 R+ D- W' ~8 f6 G0 b1 g$ P! g( k" F2 v
4 s0 @- k: ]: }三、优化设计 : H1 g3 v/ i' ^, O3 E! g: r1 S
" E9 L% X7 p, o- t. c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。
4 t! Q7 `: L& Y- B7 x
- l0 ~- o* t. ]9 a- }( p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。, y4 Y. R+ |3 `9 n- E' W7 c+ i9 J
$ v" C5 u% U4 J5 Y% `3 \查看*.f06文件，优化的详细结果如下： / d$ ?* f3 ? f6 I2 t9 m6 x
8 ?8 e K$ C4 u; f7 p, o5 I7 @
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。
* @% [4 ?+ e: G1 M$ H( n% k" k! A( S1 E3 \
经过优化设计后，真空箱重量由13120Kg减小为7897Kg。 - s& x+ Z; E& y+ b. M
1 d; A6 ^# N% x) P# \4 {# c( a6 Z0 a3 H+ e4 z, Z; L
四、小结
, Y6 U/ d: l! C e# D# T
# S. g* ^0 X r9 n7 n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。
% L) L# E- T0 A& ~" J$ R2 h* M6 Z" q2 \( x( e
1 x8 \4 J" A" b$ t# n4 i/ n
|
发表于 2016-9-30 09:35:54
