本帖最后由 未来第一站 于 2016-9-30 09:35 编辑
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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。
9 o% z" X6 P l" X1 E一。真空设备制造工艺技术标准规范全书
% D; {" T- j' Z" o8 x http://pan.baidu.com/s/1i48cq81
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二。此类问题用软件分析要简便可靠的多，下面是个例子。8 O8 @' \* Q d5 g9 E! m! E9 g7 n
真空箱强度的分析与优化9 v0 o2 R5 ?( [, j& i* Y
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。
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一、真空箱的结构和工作条件 / b: Z2 i5 Y- M1 B. W# v
7 @4 T0 [: A! p0 o2 n7 [, C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。
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二、建立有限元模型
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7 w& ~1 c- B; ?/ U1.模型简化及相关参数 4 c& t) ~# Y3 E! E! u3 q# y
8 j3 p! R' L& I& G' H2 R) I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 A' h% H. p$ k* s% ]+ \$ H7 Y
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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。
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& [& F: T; O* ]" O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：" S' n1 O5 G$ R/ }
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& E5 Z* J6 A9 q/ R: V2.网格划分及有限元分析
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% Z: D, A4 X' w- P' ]6 D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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" n9 }# Z5 j, M2 I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。 & [& R; C' Z# H& \
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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。 ! F- \6 G6 K; D: k" b8 c: q I
% _2 o) g) T( H% {# T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。# _7 i' C7 E" a+ Y# P
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从图中可以得到：工作应力σmax=308 MPa， 0 O: H9 E9 d: c5 ~7 A5 g
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所以，当强度剩余系数g2时，即可以满足使用要求。
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Y, b2 `' f5 m/ b三、优化设计
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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。 5 D9 F4 A7 z. a' `' j9 y2 G& d, L' F
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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。! K2 g/ j. h% x
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查看*.f06文件，优化的详细结果如下： 9 h. e) G7 g* L2 V! Y6 i% {9 y
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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。 4 c/ G/ r4 ?% _* j
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经过优化设计后，真空箱重量由13120Kg减小为7897Kg。 . U, L2 H8 N B8 ]3 U4 v! L1 v9 g
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四、小结
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* n; b1 D0 s. M3 V K% h& M* r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。
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发表于 2016-9-30 09:35:54
