高溫高壓卡箍式快開結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、高溫高壓卡箍式快開容器在冶煉行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，卡箍式快開結(jié)構(gòu)是此類壓力容器的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，在進、出料過程中使用頻繁，其性能的好壞影響產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率。因此，對于冶金行業(yè)內(nèi)使用的快開壓力容器研究焦點集中在卡箍式快開結(jié)構(gòu)的研究上。隨著卡箍服役條件變得苛刻，對新型高溫高壓容器中卡箍式快開結(jié)構(gòu)的研發(fā)、制造等環(huán)節(jié)都提出了更高的要求。
　　本論文針對冶金行業(yè)壓力容器上的某款卡箍組件，研究了它的強度、疲勞和優(yōu)化設(shè)計等內(nèi)容。
　　首先，根

2、據(jù)高溫高壓卡箍快開式結(jié)構(gòu)的對稱性對模型進行簡化，建立1/12模型為分析對象，并對其進行了網(wǎng)格劃分及接觸對的創(chuàng)建。施加載荷得出卡箍上的應(yīng)力分布，在危險截面選取路徑進行應(yīng)力線性化處理，根據(jù)JB/T4372-1995《鋼制壓力容器-分析設(shè)計標準》（2005年確認）對上述路徑進行應(yīng)力評定。所選取路徑上的應(yīng)力均在材料許用極限范圍內(nèi)，驗證了卡箍結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計工況下的強度要求。
　　然后，對卡箍式快開結(jié)構(gòu)進行了穩(wěn)態(tài)溫度場和熱-結(jié)構(gòu)耦合分析，得出了

3、卡箍結(jié)構(gòu)的溫度場及應(yīng)力分布。在熱-結(jié)構(gòu)耦合工況下，應(yīng)力最大點出現(xiàn)在卡箍齒根偏上位置。在各危險截面進行應(yīng)力線性化及評定，結(jié)果顯示，路徑上的應(yīng)力均在材料的許用極限范圍內(nèi)，證明了卡箍快開結(jié)構(gòu)滿足工作工況下的強度要求，且具有較大的優(yōu)化空間。
　　其次，根據(jù)JB/T4372-1995《鋼制壓力容器-分析設(shè)計標準》(2005年確認)中關(guān)于疲勞的評定準則，選取熱-結(jié)構(gòu)耦合工作工況下的應(yīng)力最大點進行疲勞分析，結(jié)果表明卡箍累計損傷系數(shù)為0.89，驗

4、證了卡箍式快開結(jié)構(gòu)滿足疲勞強度。
　　最后，將設(shè)計變量定義為能夠被直接識別的數(shù)據(jù)，對卡箍式快開結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。選取卡箍快開結(jié)構(gòu)總質(zhì)量、最大應(yīng)力、位移量、應(yīng)變?yōu)槟繕肆?，以卡箍外徑、卡箍齒厚度、卡箍齒根過渡圓弧半徑及過渡弧白長度的尺寸為設(shè)計變量。對目標量與設(shè)計變量的靈感度進行了分析，并分別研究了各目標量隨設(shè)計變量的變化關(guān)系，得出的結(jié)論與靈感度分析一致，證明了分析的準確性。經(jīng)ANSYS有限元軟件的自動優(yōu)化，得出優(yōu)化后的卡箍外徑為162