液壓球型儲罐有限元分析開題報告

1 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )開題報告 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 設(shè)計 (論文 )題目： 液壓球型儲罐有限元分析 指導(dǎo)教師： 2009 年 5 月 12 日 2 開題報告填寫要求 1開題報告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完 成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效； 2開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見； 3“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內(nèi)，學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于 15 篇（不包括辭典、手冊）； 4 有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo) GB/T 7408 94數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“ 2002 年 4 月 26日”或“ 2002-04-26”。 3 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告 1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫 2000 字左右的文獻(xiàn)綜述： 文 獻(xiàn) 綜 述 1 杜平安 . 有限元網(wǎng)格劃分的基本原則 J. 機(jī)械設(shè)計與制造 .2000， 20 (1)： 34-36. 2 王冰，陳學(xué)東，吳正亞等 . 大型天然氣球罐的設(shè)計和材料選用 J. 油氣儲運(yùn)， 2003，22(8)： 15-19. 3 張和官 . 壓力容器安全運(yùn)行與管理 M.安徽科學(xué)技術(shù)出版社， 2003. 4 GB12337-1998 鋼制球形儲罐 S.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社， 1998. 5 JB4732-1998 鋼制壓力容器 -分析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) J.全國壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會，1998. 6 GB150-2000 鋼制壓力容器 S.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2000. 7 王國強(qiáng) . 實用工程數(shù)值模擬技術(shù)及其在 ANSYS 上的實踐 M.西北工業(yè)大學(xué)出版社，2000. 本論文主要進(jìn)行了球形儲罐載荷情況的數(shù)值模擬，建立了應(yīng)用有限元法進(jìn)行計算，包括風(fēng)載荷分析、地震載荷及雪載荷。利用模型分析了球形儲罐操作過 程受到各種載荷情況下應(yīng)力的情況，進(jìn)而對球形儲罐的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行評價。主要完成了以下工作 ： (1)建立球形儲罐有限元模型； (2)對有限元模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并進(jìn)行加載計算； (3)分析計算結(jié)果； (4)對球罐進(jìn)行強(qiáng)度評定。 通過對結(jié)果的分析可知，對于球罐來說，不管是風(fēng)載荷還是地震載荷，對殼頂部的影響總是大于對底部的影響。整個球形儲罐，球罐支柱與球殼連接處由于應(yīng)力分布狀況復(fù)雜，是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核的重點(diǎn)部位。赤道正切 U 形柱結(jié)構(gòu) (因其局部應(yīng)力低、制造工藝簡單、施焊方便、不存在焊接死角等優(yōu)點(diǎn)，在大型 球罐設(shè)計中被廣泛采用。對于該結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析時，由于的結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，網(wǎng)格較難處理。而連接處是應(yīng)力較大的部位，且存在應(yīng)力集中，是強(qiáng)度評定時的重要部位 4 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 有限元分析方法起源于二十世紀(jì)五十年代，它是處理連續(xù)介質(zhì)問題的一種普遍方法。它開始作為應(yīng)力分析的一種數(shù)值方法而出現(xiàn)，用于對航空工程中飛機(jī)結(jié)構(gòu)的矩陣分析，現(xiàn)在則在固體力學(xué)、化工設(shè)備強(qiáng)度設(shè)計等方面得到了廣泛的應(yīng)用。 從物理角度理解，由單元組合結(jié)構(gòu)近 似代替了原連續(xù)結(jié)構(gòu)，若能合理求出各單元的彈性特性，這樣，結(jié)構(gòu)在一定約束力條件下，在給定載荷的作用下，就可以求出各結(jié)點(diǎn)的位移，進(jìn)而求解單元的應(yīng)力 ；從數(shù)學(xué)角度講，有限元法是從變分原理或者加權(quán)殘數(shù)法出發(fā)，把數(shù)理方程的邊值問題化為等價的一組多元線性代數(shù)方程的求解，把求解區(qū)劃分為許多的子域，子域內(nèi)的位移可用相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)的待定位移合理插值來表示，按原問題的控制方程和約束條件，可以求解出各節(jié)點(diǎn)的待定位移。在滿足一定的條件下，單元越小，節(jié)點(diǎn)越多，有限元法的數(shù)值精度越高。 有限單元法的基本思路是將連續(xù)的求解區(qū)域離散為一 組有限個、且按一定方式相互聯(lián)結(jié)在一起的單元的組合體 。 由于單元能按不同的聯(lián)結(jié)方式進(jìn)行組合，且單元本身又可以有不同形狀，因此可以模型化幾何形狀復(fù)雜的求解域。有限單元法作為數(shù)值分析方法的另一個重要特點(diǎn)是利用在每一個單元內(nèi)假設(shè)的近似函數(shù)來分片地表示全求解域上待求的未知場函數(shù)。單元內(nèi)的近似函數(shù)通常由未知場函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)在單元的各個結(jié)點(diǎn)的數(shù)值和其插值函數(shù)來表達(dá)。這樣，一個問題的有限元分析中，未知場函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)在各個結(jié)點(diǎn)上的數(shù)值就成為新的未知量 (即自由度 )，從而使一個連續(xù)的無限自由度問題變成離散的有限自由度問題，一經(jīng)求解出 這些未知量，就可以通過插值函數(shù)計算出各個單元內(nèi)場函數(shù)的近似值，從而得到整個求解域上的近似解。顯然，隨著單元數(shù)目的增加及插值函數(shù)精度的提高，解的近似程度將不斷改進(jìn)。如果單元是滿足收斂要求的，近似解最后將收斂于精確解。 通常有限元分析分為以下三步 :先將計算結(jié)構(gòu)劃分為有限多個規(guī)則的、有限大小的區(qū)域，稱為單元劃分。一個構(gòu)件即可看成有限多個小單元的集合。一般來講，單元越小，網(wǎng)格密度計算結(jié)果越精確，同時要求計算機(jī)容量也就越大，在保證計算精度的條件下，單元應(yīng)盡量取少些。在這個過程中，需要綜合運(yùn)用工程判斷力決定單元 的形狀、大小 (網(wǎng)格的疏密 )、數(shù)目、單元的排列以及約束的設(shè)置等。然后，在每個單元的局部范圍里可以采用比較簡單的函數(shù)來近似表達(dá)單元的位移，把各單元的近似位移函數(shù)連接起來，就可以近似表達(dá)整個區(qū)域的真實位移函數(shù)。最后，通過節(jié)點(diǎn)平衡或協(xié)調(diào)條件，運(yùn)用疊加原理將各單元的特性關(guān)系組集成整體構(gòu)件的特性關(guān)系，即建立整體構(gòu)件的 5 節(jié)點(diǎn)位移向量與節(jié)點(diǎn)力向量之間的特性關(guān)系，從而得到一組以節(jié)點(diǎn)位移分量或節(jié)點(diǎn)力分量為未知量的多元一次方程組。這時引入構(gòu)件的約束條件就可以求解構(gòu)件強(qiáng)度問題的數(shù)值解。 上述由構(gòu)件整體劃分成各單元，又從各單元 集成整體的分析方法，恰是有限元的獨(dú)特之處。該法的實質(zhì)是采用分塊近似插值函數(shù)法逼近整體連續(xù)函數(shù)，可使構(gòu)件強(qiáng)度問題得到核體離散逼近分塊連續(xù)的近似數(shù)值解，與力學(xué)中的其他各種數(shù)值解相比具有很大的優(yōu)越性。有限元方法有很強(qiáng)的通用性，該方法可以用于各種問題，所分析的問題可以具有任意的形狀、載荷和邊界條件。有限單元法的另一個特征是網(wǎng)格與實際結(jié)構(gòu)之間高度的物理相似，網(wǎng)格可以將不同類形、形狀和物理性質(zhì)的單元混合起來，網(wǎng)格并不是一種難以形象化的數(shù)學(xué)抽象。 三十多年來，有限單元法理論得到了完善，其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)由彈性力學(xué)平面 問題擴(kuò)展到空間問題、板殼問題，由靜力平衡問題擴(kuò)展到穩(wěn)定問題、動力問題和波動問題。分析的對象從彈性材料擴(kuò)展到塑性、粘彈性、復(fù)合材料等，從固體力學(xué)擴(kuò)展到流體力學(xué)、傳熱學(xué)等連續(xù)介質(zhì)力