理论教育 优化设计示例:实现高效无误操作

优化设计示例:实现高效无误操作

时间:2023-06-17 理论教育 版权反馈
【摘要】:直径为500mm的纤维缠绕增强塑料压力容器,材料性能如下:二维刚度系数:Q11=5.6×104MPa,Q12=0.467×104MPa,Q22=1.87×104MPa,Q66=0.879×104MPa;线胀系数:αL=6.3×10-6/°C,αT=20.5×10-6°C;应变限定值:{eL}={0.0015,0.0015,0.0015}T。容器内介质与环境初始温度均为20°C,介质温度突然升至120°C。本节中计算了1.6MPa下逐时刻诸层优化的缠绕角及相应壳壁总厚度。图11-4 容器壁厚与内压的关系注:图中1~3代表第几层。表11-2 壳体温度场稳定时优化的诸层缠绕角与壳体壁厚图11-5 选用的缠绕角数与壁厚的关系

优化设计示例:实现高效无误操作

直径为500mm的纤维缠绕增强塑料压力容器,材料性能如下:

二维刚度系数:Q11=5.6×104MPa,Q12=0.467×104MPa,Q22=1.87×104MPa,Q66=0.879×104MPa;

线胀系数:αL=6.3×10-6/°C,αT=20.5×10-6°C;

应变限定值:{eL}={0.0015,0.0015,0.0015}T。容器内介质与环境初始温度均为20°C,介质温度突然升至120°C。计算得到壳壁一维不稳定温度场如图11-2所示。本节中计算了1.6MPa下逐时刻诸层优化的缠绕角及相应壳壁总厚度。同时,计算了在相同工况下,定缠绕角为54.7°的压力容器逐时刻的要求厚度以作比较,见表11-1。此外,还计算了纤维缠绕内压容器内压为3.2MPa壳壁温度场由不稳定到稳定逐时刻优化缠绕角与定缠绕角相应壁厚,如图11-3所示。纤维缠绕内压容器无温度场定缠绕角(54.7°)、稳定温度场定缠绕角与稳定温度场优化缠绕角的壁厚与内压关系曲线,如图11-4所示。

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图11-2 壳壁温度场变化(不同时间壳壁温度分布曲线)

表11-1 壳壁温度由不稳定向稳定变化过程逐时刻优化的各层缠绕角与壳体壁厚p=1.6MPa)

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图11-3 壳壁温度场由不稳定至稳定逐时刻壁厚曲线(www.daowen.com)

注:图中1、2代表第几层。

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图11-4 容器壁厚与内压的关系

注:图中1~3代表第几层。

内压为0.8MPa、3.2MPa时,压力容器温度场达稳定时优化的诸层缠绕角与壳体壁厚见表11-2。纤维缠绕内压容器缠绕层数较多(即壁厚大)时,则优化的各层缠绕角变化亦太大,考虑到制造工艺将逐层调变缠绕角变为若干层调变一次缠绕角将是方便的,但对器壁优化厚度也将产生影响。本节中计算了内压为3.2MPa时,选用的优化缠绕角数与壳壁厚度关系,如图11-5所示。

表11-2 壳体温度场稳定时优化的诸层缠绕角与壳体壁厚

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图11-5 选用的缠绕角数与壁厚的关系

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