塔设备裙座支撑区可靠性分析.pdf

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1、现代制造技术与装备2012第2期总第207期塔设备裙座支撑区可靠性分析许艳玲张保彭桐睿(1．海军蚌埠士官学校，蚌埠233012；2．南昌航空大学飞行器设计与工程学院，南昌330000)摘要：采用有限元分析软件ANSYS，对塔设备裙座支撑区的可靠性进行有限元分析，并基于计算结果对该塔设备裙座支撑区的可靠性及参数敏感性进行分析和评价，为机械设备强度的可靠性设计提供有益的参考。关键词：塔设备裙座支撑区强度ANSYS可靠性分析引言表1设计变量表目前，机械设备的设计有两种可供选择的方法：一是变量名称变量符号分布类型参数1(均值)参数2(标准差]传统设计法，假设各设计变

2、量为确定量，依据给定的安全工作压力P正态分布8．83MPaO．6系数进厅设计；二是可靠性设计法，假定设计变量为随机简体内半径R均匀分布1403mml4lO变量，依据可靠度或失效概率进行设计，称为概率设计，筒体壁厚tl正态分布87mm0_35它可把设计中大量的未知因素及参数的变化表达出来，球封头内半径R2均匀分布1420mm1428弥补了传统的统计方法的不足。加氢反应器是机械产品加工中的关键设备，在下封头封头壁厚t2正态分布52ramO-3处通常采用h型锻件。h型锻件上部连接筒体，下部连接裙座壁厚t3正态分布22mmO．2封头及裙座。h型锻件的三个基本厚度一般

3、设计为分别等过渡圆角半径正态分布20mmO．18同于简体、封头及裙座的厚度。虽然加氢反应器按分析设锻造高度H正态分布568mm3计标准设计，但由于制造工艺的限制，材料属性、加工公材料屈服强度yles正态分布19OMPa12差、边界条件和载荷等总具有不确定性。同时加氢反应器主体所承受的压力较高，裙座与加氢反应器主体连接势端部以面力P模拟封闭简体受力情况。根据结构确定机必存在边缘应力，而且在一定的压力范围内，这种边缘应械应力计算模型采用轴对称模型，其中与h型锻件连接力会很大，因此有必要对其进行失效概率分析。的筒体及裙座的长度足够长，远大于2．5倍的边缘应力衰1问

4、题描述减长度。根据材料力学知识，对结构进行受力分析，则其现有一台年产60万吨汽柴油加氢精制反应器，其下端部面力P计算如下：封头与裙座连接图形如图1所示，下封头处采用h型锻D—PRl件，材料为锻钢2．25Cr一1Mo，材料的弹性模量exl为一(It1)可1．75E5，泊松比prxyl为0．3，其设计条件如表1所示，材初始化设计变量参数见表1，单元类型为PLANE82，料参数如表2所示。设计温度下许用机械应力强度分析方法为M．C方法，抽样次数为50000次。S=190MPa。假定最大应力超过其许用应力判为失效，试确3分析结果定该结构的失效概率，取初值极限状态z为

5、0。(1)查看z小于0、置信度为95％时的概率，得到如下结果：。Theprobabilitythatissmallerthan0．0000000e+000is：Rt，Probability【LowerBound，UpperBound】3．53726e一002[2．15201e-002，5．39538e-002】P1NOTE：theconfidenceboundaleevaluatedwithaconfi—／士I⋯—Ldencelevelof95．000％L该结果表明在置信度为95％的情形下，Z<0的概率平均为3．53726％，即说明容器的可靠度为96．47％

6、。(2)抽样过程显示MAXSTR抽样过程显示见图2。由图可以看出，输出图1h型锻件结构图(左)和下封头与裙座连接图(右)2分析说明变量MAXSTR的平均值收敛，表明模拟次数已经足够。由于主要讨论h型锻件连接区的应力分布规律，忽略(3)输出变量MAXSTR灵敏度分析了下封头的开孔接管。载荷及约束见图1f右)，其中，简体绘制输出变量MAXSTR灵敏度分析图如图3所示，从工艺与装备HistogramResultSetSOLU01：2Mt帅aa‘of：S2am矾~bs荨P：~u蛐ltSetSO蛐LU01ME^NO．08’¨ⅢlM匝AN0．16004E-~3S1D矸O

7、．590E●STDEv0．11669l2S珏W¨柚鞠L雌lS珏W．0．98394B03、KUI【T．●．01751E-IlKU盯0．80202BOl^『ⅡN0．12664】3M聃0．7_"4E+olM^XO．19274E'~13J、h强XO．10¨3E+．2^一一一／lfIIlIl7．0997．佃6B．1128．6189．124，．们10．1'T112625137S500图4P取值分布柱状图图2MAXSTR抽样过程显示参考文献园P固R2漆[1]胡仁喜．ANSYS8．2机械设计高级应用实例fM]．北京：机械工嗣汪Imi~ficaut：业出版社，2005．Rl澄

8、$Tl[2]王新荣．陈永波．有限元法基础及ANSYS