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。$ g8 r$ T- W8 d
一。真空设备制造工艺技术标准规范全书( l- i1 Z& U2 U3 {
http://pan.baidu.com/s/1i48cq816 G6 a$ k/ y, i, b9 q/ G
. X! P: j' r1 F! A R$ p, G二。此类问题用软件分析要简便可靠的多，下面是个例子。
" U. e9 l( j [: Z$ y8 u真空箱强度的分析与优化
0 ^$ D. H4 D) G, r% A) S* D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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( X9 f: _0 K' A% k- g一、真空箱的结构和工作条件
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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。
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0 U8 q1 @! _3 y3 r6 g二、建立有限元模型
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1.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。
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4 [$ Q f7 f; c) M$ l9 ]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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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：
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2 e: Q+ d L. i2.网格划分及有限元分析
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; |$ @) N0 x' T h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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1 A W4 A( x @+ Z8 x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。
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6 b/ J) _# n5 @- ^8 F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。 ' ]' _3 M! ]' h$ w9 t" g
. ~, Y, {9 o' ~* T3 {' {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。. d" u4 `% c( [) e* Y% B
9 J4 a% [7 v5 m7 y& ^4 m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。 7 w, F7 `% v, {5 _
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三、优化设计
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# o0 Z1 [4 `1 ~) {4 w0 V# C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。 6 F4 ~. ?5 i8 U; @5 E* G
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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。" `0 U/ U- X! b# [
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查看*.f06文件，优化的详细结果如下： : t# i- @+ C) @+ N+ d; Y7 P/ ?( F
1 g+ n" m) Y& J$ w d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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/ ?: \0 P0 [0 q2 e4 Z9 v经过优化设计后，真空箱重量由13120Kg减小为7897Kg。 8 K P- a3 V! G: a9 t
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四、小结
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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。 ( D* j, Q: l$ O. A$ h% ?
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