液壓球型儲罐有限元分析開題報告

1 黑龍江八一農墾大學 畢業(yè)設計 (論文 )開題報告 學生姓名： 學 號： 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 設計 (論文 )題目： 液壓球型儲罐有限元分析 指導教師： 2009 年 5 月 12 日 2 開題報告填寫要求 1開題報告（含“文獻綜述”）作為畢業(yè)設計（論文）答辯委員會對學生答辯資格審查的依據材料之一。此報告應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計（論文）工作前期內完 成，經指導教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效； 2開題報告內容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網頁上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應及時交給指導教師簽署意見； 3“文獻綜述”應按論文的格式成文，并直接書寫（或打?。┰诒鹃_題報告第一欄目內，學生寫文獻綜述的參考文獻應不少于 15 篇（不包括辭典、手冊）； 4 有關年月日等日期的填寫，應當按照國標 GB/T 7408 94數據元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數字書寫。如“ 2002 年 4 月 26日”或“ 2002-04-26”。 3 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 1結合畢業(yè)設計（論文）課題情況，根據所查閱的文獻資料，每人撰寫 2000 字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 1 杜平安 . 有限元網格劃分的基本原則 J. 機械設計與制造 .2000， 20 (1)： 34-36. 2 王冰，陳學東，吳正亞等 . 大型天然氣球罐的設計和材料選用 J. 油氣儲運， 2003，22(8)： 15-19. 3 張和官 . 壓力容器安全運行與管理 M.安徽科學技術出版社， 2003. 4 GB12337-1998 鋼制球形儲罐 S.中國標準出版社， 1998. 5 JB4732-1998 鋼制壓力容器 -分析設計標準 J.全國壓力容器標準化技術委員會，1998. 6 GB150-2000 鋼制壓力容器 S.中國標準出版社， 2000. 7 王國強 . 實用工程數值模擬技術及其在 ANSYS 上的實踐 M.西北工業(yè)大學出版社，2000. 本論文主要進行了球形儲罐載荷情況的數值模擬，建立了應用有限元法進行計算，包括風載荷分析、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力的情況，進而對球形儲罐的結構強度進行評價。主要完成了以下工作 ： (1)建立球形儲罐有限元模型； (2)對有限元模型進行網格劃分，并進行加載計算； (3)分析計算結果； (4)對球罐進行強度評定。 通過對結果的分析可知，對于球罐來說，不管是風載荷還是地震載荷，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力分布狀況復雜，是結構強度校核的重點部位。赤道正切 U 形柱結構 (因其局部應力低、制造工藝簡單、施焊方便、不存在焊接死角等優(yōu)點，在大型 球罐設計中被廣泛采用。對于該結構進行有限元分析時，由于的結構的復雜性，網格較難處理。而連接處是應力較大的部位，且存在應力集中，是強度評定時的重要部位 4 畢 業(yè) 設 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五十年代，它是處理連續(xù)介質問題的一種普遍方法。它開始作為應力分析的一種數值方法而出現，用于對航空工程中飛機結構的矩陣分析，現在則在固體力學、化工設備強度設計等方面得到了廣泛的應用。 從物理角度理解，由單元組合結構近 似代替了原連續(xù)結構，若能合理求出各單元的彈性特性，這樣，結構在一定約束力條件下，在給定載荷的作用下，就可以求出各結點的位移，進而求解單元的應力 ；從數學角度講，有限元法是從變分原理或者加權殘數法出發(fā)，把數理方程的邊值問題化為等價的一組多元線性代數方程的求解，把求解區(qū)劃分為許多的子域，子域內的位移可用相應的節(jié)點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)點的待定位移。在滿足一定的條件下，單元越小，節(jié)點越多，有限元法的數值精度越高。 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結在一起的單元的組合體 。 由于單元能按不同的聯結方式進行組合，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雜的求解域。有限單元法作為數值分析方法的另一個重要特點是利用在每一個單元內假設的近似函數來分片地表示全求解域上待求的未知場函數。單元內的近似函數通常由未知場函數及其導數在單元的各個結點的數值和其插值函數來表達。這樣，一個問題的有限元分析中，未知場函數及其導數在各個結點上的數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，一經求解出 這些未知量，就可以通過插值函數計算出各個單元內場函數的近似值，從而得到整個求解域上的近似解。顯然，隨著單元數目的增加及插值函數精度的提高，解的近似程度將不斷改進。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 :先將計算結構劃分為有限多個規(guī)則的、有限大小的區(qū)域，稱為單元劃分。一個構件即可看成有限多個小單元的集合。一般來講，單元越小，網格密度計算結果越精確，同時要求計算機容量也就越大，在保證計算精度的條件下，單元應盡量取少些。在這個過程中，需要綜合運用工程判斷力決定單元 的形狀、大小 (網格的疏密 )、數目、單元的排列以及約束的設置等。然后，在每個單元的局部范圍里可以采用比較簡單的函數來近似表達單元的位移，把各單元的近似位移函數連接起來，就可以近似表達整個區(qū)域的真實位移函數。最后，通過節(jié)點平衡或協(xié)調條件，運用疊加原理將各單元的特性關系組集成整體構件的特性關系，即建立整體構件的 5 節(jié)點位移向量與節(jié)點力向量之間的特性關系，從而得到一組以節(jié)點位移分量或節(jié)點力分量為未知量的多元一次方程組。這時引入構件的約束條件就可以求解構件強度問題的數值解。 上述由構件整體劃分成各單元，又從各單元 集成整體的分析方法，恰是有限元的獨特之處。該法的實質是采用分塊近似插值函數法逼近整體連續(xù)函數，可使構件強度問題得到核體離散逼近分塊連續(xù)的近似數值解，與力學中的其他各種數值解相比具有很大的優(yōu)越性。有限元方法有很強的通用性，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格與實際結構之間高度的物理相似，網格可以將不同類形、形狀和物理性質的單元混合起來，網格并不是一種難以形象化的數學抽象。 三十多年來，有限單元法理論得到了完善，其應用領域已經由彈性力學平面 問題擴展到空間問題、板殼問題，由靜力平衡問題擴展到穩(wěn)定問題、動力問題和波動問題。分析的對象從彈性材料擴展到塑性、粘彈性、復合材料等，從固體力學擴展到流體力學、傳熱學等連續(xù)介質力