面向三釜流程的终聚釜端盖结构参数优化研究

摘要

端盖在三釜流程终聚釜中起到至关重要的作用。由于夹套式端盖属于非标准压力容器结构，如按原有标准所设计出的端盖会偏于保守，这样必然导致用料成本以及运输成本的增加，因此对端盖结构参数的优化工作具有实际意义。本文参考企业现有端盖结构，在现代结构优化设计方法的基础上，对端盖的结构参数进行优化研究。完成的主要工作如下：
　　（1）在参数化建模理论的基础上，建立了参数化有限元模型；分析了端盖在实际工作环境下的载荷状况，计算出了合理的边界条件。分析了机械载荷下简化后模型的理论值与有限元软件的计算值，误差均较小从而验证了仿真方法的可靠性。其中最大误差发生在上封板的最大径向应力处，这是由于上封板与外筒节连接形成不连续区域造成的。
　　（2）利用 ANSYS有限元软件分别计算了端盖在机械载荷、温度载荷以及机械载荷-热耦合条件下的应力分布，发现实际工作过程中端盖的热应力较大，危险区域主要集中在上、下封板与其它构件的过渡区域，从而确定5条研究路径。根据压力容器的强度评定准则，在应力分类理论、应力线性化处理方法的基础上，依据研究路径对实际工况下端盖的应力进行强度评定，发现一次局部薄膜应力以及一次加二次应力均符合相应类别的许用应力。
　　（3）对端盖的主要结构参数：上、下封板的厚度以及拉撑结构数量进行分析，得出在不同路径下应力随上、下封板的厚度以及拉撑结构数量的变化规律，并提出分别对8组拉撑结构、12组拉撑结构的上下封板厚度进行优化的两种方案。在参数化建模的基础上，利用有限元软件ANSYS的优化设计功能，设定合理的目标函数、设计变量和状态变量，得出两种方案的优化结果。利用压力容器强度评定准则，发现8组拉撑结构的方案较为合理。相比原有设计方案，优化后的方案重量减轻了7.48％，同时也降低了结构的复杂程度和制造难度。

目录

声明

注释表

第一章 绪论

1.1课题的背景及意义

1.2端盖的研究现状

1.3结构优化方法研究现状

1.4本文研究内容及章节安排

第二章 有限元模型的建立及验证

2.1有限元理论及分析软件

2.2参数化建模理论

2.3有限元模型的建立

2.4端盖边界条件的确定

2.5模型验证

2.6本章小结

第三章 分析路径的确定及强度校核

3.1压力容器的分析设计

3.2压力容器的强度评定

3.3 机械载荷分析

3.4热分析

3.5热-力耦合场分析

3.6分析路径的确定

3.7强度校核

3.8本章小结

第四章 端盖的结构参数优化

4.1不同结构参数对端盖的影响

4.2端盖结构参数的优化设计

4.3本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

致谢