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本帖最后由 未来第一站 于 2016-9-30 09:35 编辑2 Z0 k% Q9 P6 n, ]
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最近看了一些真空设备设计的资料，真空设备这块从理论到实际设计还是比较成熟的，也有很多相关标准可循。在这分享一些。
5 t, Y9 N; `0 D- u3 T一。真空设备制造工艺技术标准规范全书% Y) J) {* ^7 t* r) X( G" N0 h
http://pan.baidu.com/s/1i48cq81: j% z1 w4 K' x, A$ Y: X
7 `4 m5 a" g1 y二。此类问题用软件分析要简便可靠的多，下面是个例子。
# ^& z4 K% i! f真空箱强度的分析与优化7 i2 S- h% P) |- m: u* a3 r" ^: ]
近年来真空冷却与气调保鲜技术的有机结合，被誉为21世纪保鲜新技术。其主要内容是由农产品的采摘、真空冷却、气调处理、贮藏和运输等多个环节形成的“冷链”组成。该技术对收获后的新鲜农产品（蔬菜、果品、花卉）的保鲜延长储存期有着明显效果，可扩大农产品异地调配范围，实现不同季节均衡上市，促进出口创汇，具有明显的社会经济效益。该保鲜技术中的一个重要部件是真空箱。它体积庞大，为了抵抗抽真空所导致的压力，一般采用不锈钢制成，这样真空箱在制造和运输过程中花费较大。为了在满足工作要求的前提下进一步降低产品材料消耗及成本，本文在对原有真空箱强度分析的基础上，利用有限元方法对真空箱进行了优化设计。6 R) l+ n I+ g8 E: l$ @, [
: E# X* R# [6 e2 m8 {5 k一、真空箱的结构和工作条件' n( J9 L3 N9 [' k
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图1所示是一真空箱，其外形为一长方体，外形尺寸为8900×2836×2648mm，由12mm厚的1Cr18Ni9钢板作基板和8mm厚的1Cr18Ni9钢板加强板焊接而成。在工作过程中，真空箱通过四个支脚固定，其内部处于真空状态。4 y3 Y" o$ J+ x2 c
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二、建立有限元模型
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( I* d9 j" V) s1 N1.模型简化及相关参数
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由于真空箱使用前，在大约1个小时内由常压抽为真空，因此可以认为真空箱是处于静载作用下的，外压 Pa。6 I' a3 S: l) {4 Y1 O
* L3 d: n* Q* q @( E! [工作中真空箱四个脚固定，这样其约束采用在四个节点约束6个自由度。. I* @8 j: @+ [4 z# G6 O: u. ?
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根据压力容器的相关规范，取安全系数n=2.0，则许用抗拉强度为：2 ^/ A9 j2 l: {6 a9 o& }3 v
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+ q e3 c0 o f: |( W* U7 e; Y2.网格划分及有限元分析7 K. D( y) ~. S$ O7 N$ v
6 B0 U8 Z# K9 U. W, B0 E) F真空箱的焊缝强度是一个非常复杂的问题，在本文中暂不研究。在有限元模型中把焊接作为一体处理。
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本例采用quad4网格形式自动划分网格。考虑建立壳（shell）单元时厚度的不同，以及加载方便，分别以前后基板、左右基板、上下基板和加强板建立四个分组。/ F/ H) `; K; l8 R# O& M& M( |. \# e
. g9 E9 I; C I为使划分的网格匹配，保证基板和加强板之间的载荷传递，采用小块表面（surface）建立几何模型，本例共建立1722个表面。$ _9 O/ m4 G0 Y! P) Z. N0 |
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加上边界条件和材料后，使用Nastran2004对其进行分析，结果如图2所示。! h0 ~: C& [& S; H4 m5 _
& k# Y2 S G2 d8 H4 O从图中可以得到：工作应力σmax=308 MPa，
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所以，当强度剩余系数g2时，即可以满足使用要求。$ X4 ^9 _) K7 S& K6 }
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5 s% r" e9 H) K3 ~2 c3 v' }三、优化设计6 N" L0 w0 O Z( l7 @
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以基板和加强板的厚度作为设计变量，根据前面的分析和设计经验，基板的厚度值范围应限定为5～13mm，加强板的厚度值范围应限定为3～9mm。设计的目标是达到重量最轻，设计约束为VON Mises应力值在-450～450MPa。
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本例在分析中设定的循环次数为10，而在实际计算中只循环了4次就逼近了设计目标。优化结果分别如图3、图4和图5所示。
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9 w+ [# {5 v' W* x x! k: U查看*.f06文件，优化的详细结果如下：
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设计变量的值为：左右基板厚度为5.0013mm，前后基板厚度为5.0mm，上下基板厚度为5.0004mm、加强板厚度为7.8316mm。
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! E9 O4 v5 d% `经过优化设计后，真空箱重量由13120Kg减小为7897Kg。
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四、小结. T6 k- U( W) A' e! d
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本文首先对原有的真空箱进行了强度分析，确定了其强度有较大裕度。然后在上述分析的基础上，使用有限元方法以重量为优化目标对真空箱进行了优化设计，并获得了最小壁厚。从优化设计后的结果来看，真空箱的重量由13120Kg降低到7897Kg，重量减少了40％，效果比较明显。+ d1 D$ _7 L0 H2 B* D
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发表于 2016-9-30 09:35:54
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