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某真空箱体的结构强度分析与优化

发布于:2016-02-16 21:35
强度分析

      近年来真空冷却与气调保鲜技术有机结合,衫誉为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、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盛箱。它体积庞大,同时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迄输过程中花费较大。
      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,本研究在对原有真空箱强度分析的基础上,利用有限元分析方法对真空耗进行了优化设计。图所示是一真空箱,其外形为一长方体,外形尺寸为8900X2836X2648mm,由12mm厚的1Cr18Ni9钢板作基板和8mm厚的1Cr18Ni9钢板作加强板焊接而成。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。
      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p=98466.5Pa,工作时真空箱四个脚固定,这样其约束采用在四个节点约束6个自由度。根据压力容器的相关规范,取安全系数n=2。真空箱的焊缝强度是一个非常复杂的问题,暂不研究。在有限元模型中把焊接作为一体处理。使用isomesh自动划分网格,采用quad4网格形式。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。为使划分的网格匹配,保证基板、加强板之间的载荷传递,采用小块表面(surface)建立几何模型,共建立1722个表面。加上边界条件和材料后,使用Patran2004分前面的分析和设计经验,基板的厚度值范围限定为5-13mm,加强板的厚度值范围限定为3-9mm。设计目标是重量最轻,设计约束为Von-Mises应力值在450 MPa,分析中设定循环次数为10,实际计算中4次就逼近了设计目标。以基板和加强板的厚度作为设计变量,根据查看*.f06文件,优化的详细结果如下: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,经过优化设计后,真空箱重量由13120Kg减小为7897Kg。
      本研究首先对原有的真空箱进行了强度分析,确定其强度有较大裕度。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优化设计,并获得了最小壁厚。同时,真空箱的重量13120Kg降低到7897Kg,减小4000kg,效果比较明显。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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