高溫高壓卡箍式快開結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì).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(jìn)、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(duì)于冶金行業(yè)內(nèi)使用的快開壓力容器研究焦點(diǎn)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(duì)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(duì)冶金行業(yè)壓力容器上的某款卡箍組件，研究了它的強(qiáng)度、疲勞和優(yōu)化設(shè)計(jì)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(duì)稱性對(duì)模型進(jìn)行簡化，建立1/12模型為分析對(duì)象，并對(duì)其進(jìn)行了網(wǎng)格劃分及接觸對(duì)的創(chuàng)建。施加載荷得出卡箍上的應(yīng)力分布，在危險(xiǎn)截面選取路徑進(jìn)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（2005年確認(rèn)）對(duì)上述路徑進(jìn)行應(yīng)力評(píng)定。所選取路徑上的應(yīng)力均在材料許用極限范圍內(nèi)，驗(yàn)證了卡箍結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)工況下的強(qiáng)度要求。
　　然后，對(duì)卡箍式快開結(jié)構(gòu)進(jìn)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(diǎn)出現(xiàn)在卡箍齒根偏上位置。在各危險(xiǎn)截面進(jìn)行應(yīng)力線性化及評(píng)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(qiáng)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(2005年確認(rèn))中關(guān)于疲勞的評(píng)定準(zhǔn)則，選取熱-結(jié)構(gòu)耦合工作工況下的應(yīng)力最大點(diǎn)進(jìn)行疲勞分析，結(jié)果表明卡箍累計(jì)損傷系數(shù)為0.89，驗(yàn)

4、證了卡箍式快開結(jié)構(gòu)滿足疲勞強(qiáng)度。
　　最后，將設(shè)計(jì)變量定義為能夠被直接識(shí)別的數(shù)據(jù)，對(duì)卡箍式快開結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。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?biāo)量，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(jì)變量。對(duì)目標(biāo)量與設(shè)計(jì)變量的靈感度進(jìn)行了分析，并分別研究了各目標(biāo)量隨設(shè)計(jì)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(zhǔn)確性。經(jīng)ANSYS有限元軟件的自動(dòng)優(yōu)化，得出優(yōu)化后的卡箍外徑為162