真空螺带干燥机带凸缘球冠封头屈曲模拟分析及实验研究

摘要

真空螺带干燥机的封头是带有凸缘的球冠封头，凸缘上存在传动装置产生的轴向作用力，目前的工程设计中，将其简化为仅受外压的球壳进行设计计算。然而，带有凸缘的球冠封头与标准形状的外压球壳存在诸多不同，目前的工程计算方法是否合理，须进一步研究探讨，为此，本文通过对带凸缘球冠封头屈曲行为的实验研究和数值模拟分析，为此类结构的工程设计提供参考。
　　本文采用模拟与实验相结合的方法进行研究。首先对真空螺带干燥机带有凸缘的球冠封头进行几何缩放，制作实物试样。通过激光扫描仪扫描实物试样，获得初始几何形状。提取几何形状建立用于分析计算的几何模型，采用ABAQUS软件对其进行屈曲分析。同时，读入最大几何偏差值，采用“一致缺陷模态法”建模，同样采用 ABAQUS软件对其进行屈曲分析。通过实验数据与模拟结果的对比和分析表明：无论是临界压力的大小还是屈曲后的形状，采用扫描模型的模拟结果与实验结果基本一致。而采用“一致缺陷模态法”的模拟结果与实验结果差距较大，尤其是屈曲后的形状存在完全的不一样。
　　在扫描模型模施加轴向力，采用模拟分析，进一步研究了轴向力对该结构屈曲的影响。结果表明，球壳的半径R为350mm、平行圆半径a为210mm、球壳厚度t为1.93mm的试样上，轴向力为1000N时，其临界压力的下降百分比仅为1.69％，影响较小。
　　按目前的工程设计方法将其简化为仅受外压球壳，采用GB150《压力容器》标准计算得到许用外压，结果表明，实验值与标准所得许用外压之比约为2.3。可见，按目前工程简化方法进行设计，尚有一定的安全裕量。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究目标及内容

第2章 凸缘封头外压模拟分析

2.1 模型介绍

2.2 分析过程

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 凸缘封头外压实验研究

3.1 实验方案设计

3.2 实验装置介绍

3.3 实验步骤描述

3.4 实验结果与讨论

3.5 本章小结

第4章 带凸缘封头屈曲现象分析与讨论

4.1 屈曲现象描述与对比

4.2 轴向力对带有凸缘球冠封头承压能力的影响

4.3 小加强筋对带有凸缘球冠封头承压能力的影响

4.4 实验值与标准计算的临界失稳压力对比

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

符号说明

参考文献

致谢