压力容器现代设计方法

原创 胡伟明  2020-09-23 20:56:00  阅读 151 次 评论 0 条
摘要:

数值分析法现代压力容器的分折设计,疲劳设计等,其中必然要涉及到对容器各种特殊部位的详细应力分析,现成的理论解必竟是有限的,大部分情况将必须依靠现代的数值计算方法并借助电子计算机来完成。最常用的数值计算方法是有限元法。有限元法是将连续的结构体离散为有限个单元,单元与单元之间仅靠节点相连,以此种有限数量的单元组合体来代替原有的连续体。然后对这种单元组合体建立起在外载荷作用下的支配方程,这是个大型联立方程组,可编成计算机程序,由计算机完成全部计算。这可以用来解决杆系、板、壳、轴对称与非轴对称结构的节点

数值分析法

现代压力容器的分折设计,疲劳设计等,其中必然要涉及到对容器各种特殊部位的详细应力分析,现成的理论解必竟是有限的,大部分情况将必须依靠现代的数值计算方法并借助电子计算机来完成。最常用的数值计算方法是有限元法。有限元法是将连续的结构体离散为有限个单元,单元与单元之间仅靠节点相连,以此种有限数量的单元组合体来代替原有的连续体。然后对这种单元组合体建立起在外载荷作用下的支配方程,这是个大型联立方程组,可编成计算机程序,由计算机完成全部计算。这可以用来解决杆系、板、壳、轴对称与非轴对称结构的节点位移、应变与应力的计算。只要隔离体及边界条件、载荷条件设定正确合理,单元选取合适,单元划分愈细,数值解就愈能逼近真实。有限元法可求解静态应力,热应力以及稳定问题和振动问题。另外可求解弹性问题,也可求解弹塑性、蠕变和大扰度问题,还可求解结构发生塑性失效的极限载荷。国际上有许多高水平的著名的结构分析的有限元程序,如ANSYS等。但涉及结构型性大变形等非线性问题时,选用ABAQUS/Standard模块更显优越。

除有限元法还有边界元和体积力法更有效的数值分析方法。

计算机辅助设计

将容器设计的标准计算方法编制成计算机程序代替人工设计并用计算机完成绘图,这就是现代的计算机辅助设计(CAD)。如果将容器计算规范的全部内容编制成一个大型程序,贮存在计算机中,这个软件便成为可包罗容器设计计算全部内容的“软件包”。设计时只需输入必要的信息和指令,便可自动调用软件包中的任意一章或数章,由计算机完成该容器的全部计算工作,计算结果也可全部打印出来。另外,还可由计算机完成绘图工作,显然这可以大大提高设计工作的效率。用计算机代替人工绘图是采用编制好的化工容器及化工设备绘图软件,根据设计人员的指令进行总图与零部件图的绘制。

优化设计与专家系统

压力容器的优化设计就是有进行综合决策功能的设计。设计时有三方面的参数需作处理:

(1)结构的独立设计参数(即设计参量),如材料性能、设备尺寸、设计压力与温度等;

(2)结构状态参数(中间变量),如应力、形变、压力降等,这些需经计算分析后才能获得;

(3)结构性能参数,如成本、利润、重量、容积、效率,功率或精度等,这些是设计追求优化的目标,因而称为目标函数。

优化设计是通过优化方法反复迭代演算,终结时得到能符合优化目标的明确的最优结果。显然优化设计必须依靠计算机进行,核心问题是选择适当的优化方法。

通常像压力容器领域中的许多现实问题需要由拥有这一领域知识、熟知其规律和方法的专家才能解决,如果建立一计算机软件系统,使其拥有像人类专家一样的分析、推理、学习、综合判断与决策的能力,可以得到和专家相同的结论,起到专家的作用,这就是人工智能技术中的专家系统。一般软件只是用计算机直接搜索现存的答案,而专家系统中贮存的是进行逻辑推理的能力、必要的知识库和数据库,容器专家系统将可在设计决策、运行管理、故障分析等方面发挥特殊作用。


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