铝合金过滤器卡箍式快开端盖设计与安全评定

摘要

随着卡箍式快开过滤器在工业生产中得到大量应用，市场竞争越来越激烈，过滤器的成本受到越来越多的重视，轻量化已成为降低成本，提高产品市场竞争力的重要手段。采用铝合金替代钢材来减轻过滤器的重量，得到越来越多的关注和应用。
　　卡箍式快开端盖是过滤器关键的承压部件，本文以它作为研究对象，进行铝合金替代钢材实现过滤器轻量化的研究。
　　首先，根据不锈钢304卡箍式快开端盖的结构特点，使用ANSYS软件建立简化的有限元接触分析模型，研究各组件应力的起因和分布规律。通过路径分析校核快开端盖的强度，运用回转壳体的“无矩理论”对模拟结果进行初步检查，并进行了物理实验验证。
　　其次，根据快开端盖结构特点和使用要求，依据“等强度”原理选取铝合金5083和7075作为替代材料。通过拉伸实验获得铝合金5083和7075在设计温度下基本的力学性能，获得两种铝合金材料的设计许用应力。卡箍的几何尺寸保持不变，对椭圆封头和简体的厚度进行计算，设计了3种尺寸规格的铝合金卡箍式快开端盖。
　　再次，使用ANSYS有限元模拟软件，对3种尺寸规格的铝合金卡箍式快开端盖进行应力分析和强度校核，结果表明采用铝合金5083和7075替代304是可行的。通过减重效果的对比分析，确定了铝合金卡箍式快开端盖结构的最终尺寸。
　　最后，通过对两种材料的卡箍式快开端盖的材料成本、使用性和安全性等方面的分析比较，显示出铝合金替代不锈钢304具有较大的经济优势。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 快开端盖结构类型及其设计要求

1.2.1 快开端盖结构类型

1.2.2 快开端盖设计要求与材料

1.3 有限元法在快开压力容器中的应用现状

1.4 课题来源、目的及意义

1.4.1 课题来源与目的

1.4.2 课题意义

1.5 课题主要研究内容

第二章 压力容器设计的基础理论

2.1 引言

2.2 回转壳体的无矩理论

2.2.1 无矩理论的提出

2.2.2 无矩理论平衡方程

2.2.3 无矩理论的使用条件

2.2.4 无矩理论的应用

2.3 压力容器的应力分类

2.3.1 应力分类

2.3.2 应力强度限制条件

2.3.3 应力强度计算方法

第三章 卡箍式快开端盖有限元建模

3.1 卡箍式快开端盖的几何模型

3.1.1 快开端盖的几何尺寸

3.1.2 卡箍式快开端盖模型简化

3.2 弹性有限元基本理论

3.2.1 弹性力学的基本方程

3.2.2 弹性力学有限元方程建立

3.3 卡箍式快开端盖网格划分

3.3.1 单元类型选择

3.3.2 网格划分

3.4 接触与摩擦问题

3.4.1 接触界面条件

3.4.2 接触对的定义

3.4.3 摩擦模型

3.4.4 接触问题的求解方法

3.5 过滤器设计参数

3.6 边界条件

3.7 有限元分析的参数化设计

第四章 钢制卡箍式快开端盖应力分析及强度评定

4.1 有限元计算结果分析与讨论

4.1.1 应力强度分布

4.1.2接触应力分布

4.2 应力分类与强度评定

4.2.1 应力强度评定路径选择

4.2.2 应力分解

4.2.3 应力强度评定

4.3 有限元计算结果的理论验证

第五章 有限元模拟结果的实验验证

5.1 实验方案及设备

5.2 实验过程

5.3 模拟结果与实验结果的比较

第六章 铝合金卡箍式快开端盖设计与评定

6.1 材料选择与力学性能实验

6.1.1 材料选择

6.1.2 铝合金5083 高温拉伸实验

6.1.3 铝合金7075室温拉伸试验

6.2 铝制卡箍式快开端盖设计方案

6.2.1 设计参数

6.2.2 铝制快开端盖的几何尺寸

6.3 铝制快开端盖应力分析与强度评定

6.3.1 方案1应力分析与强度评定

6.3.2 方案2应力分析与强度评定

6.3.3 方案3应力分析与强度评定

6.3.4 设计方案确定

6.4 经济性的比较

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文