液壓球型儲(chǔ)罐有限元分析開(kāi)題報(bào)告

1 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )開(kāi)題報(bào)告 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 設(shè)計(jì) (論文 )題目： 液壓球型儲(chǔ)罐有限元分析 指導(dǎo)教師： 2009 年 5 月 12 日 2 開(kāi)題報(bào)告填寫(xiě)要求 1開(kāi)題報(bào)告（含“文獻(xiàn)綜述”）作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完 成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)及所在專(zhuān)業(yè)審查后生效； 2開(kāi)題報(bào)告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書(shū)寫(xiě)或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)； 3“文獻(xiàn)綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書(shū)寫(xiě)（或打?。┰诒鹃_(kāi)題報(bào)告第一欄目?jī)?nèi)，學(xué)生寫(xiě)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(cè)）； 4 有關(guān)年月日等日期的填寫(xiě)，應(yīng)當(dāng)按照國(guó)標(biāo) GB/T 7408 94數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書(shū)寫(xiě)。如“ 2002 年 4 月 26日”或“ 2002-04-26”。 3 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告 1結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫(xiě) 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(jì)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(jì)和材料選用 J. 油氣儲(chǔ)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(chǔ)罐 S.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社， 1998. 5 JB4732-1998 鋼制壓力容器 -分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) J.全國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，1998. 6 GB150-2000 鋼制壓力容器 S.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2000. 7 王國(guó)強(qiáng) . 實(shí)用工程數(shù)值模擬技術(shù)及其在 ANSYS 上的實(shí)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(chǔ)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(jì)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(chǔ)罐操作過(guò) 程受到各種載荷情況下應(yīng)力的情況，進(jìn)而對(duì)球形儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)。主要完成了以下工作 ： (1)建立球形儲(chǔ)罐有限元模型； (2)對(duì)有限元模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并進(jìn)行加載計(jì)算； (3)分析計(jì)算結(jié)果； (4)對(duì)球罐進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)定。 通過(guò)對(duì)結(jié)果的分析可知，對(duì)于球罐來(lái)說(shuō)，不管是風(fēng)載荷還是地震載荷，對(duì)殼頂部的影響總是大于對(duì)底部的影響。整個(gè)球形儲(chǔ)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(jiǎn)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(jì)中被廣泛采用。對(duì)于該結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析時(shí)，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(píng)定時(shí)的重要部位 4 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開(kāi) 題 報(bào) 告 本課題要研究或解決的問(wèn)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(wèn)題的一種普遍方法。它開(kāi)始作為應(yīng)力分析的一種數(shù)值方法而出現(xiàn)，用于對(duì)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(jì)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(wèn)題化為等價(jià)的一組多元線(xiàn)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(lái)表示，按原問(wèn)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(mǎn)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(gè)、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(gè)重要特點(diǎn)是利用在每一個(gè)單元內(nèi)假設(shè)的近似函數(shù)來(lái)分片地表示全求解域上待求的未知場(chǎng)函數(shù)。單元內(nèi)的近似函數(shù)通常由未知場(chǎng)函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)在單元的各個(gè)結(jié)點(diǎn)的數(shù)值和其插值函數(shù)來(lái)表達(dá)。這樣，一個(gè)問(wèn)題的有限元分析中，未知場(chǎng)函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)在各個(gè)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(gè)連續(xù)的無(wú)限自由度問(wèn)題變成離散的有限自由度問(wèn)題，一經(jīng)求解出 這些未知量，就可以通過(guò)插值函數(shù)計(jì)算出各個(gè)單元內(nèi)場(chǎng)函數(shù)的近似值，從而得到整個(gè)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(mǎn)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(jì)算結(jié)構(gòu)劃分為有限多個(gè)規(guī)則的、有限大小的區(qū)域，稱(chēng)為單元?jiǎng)澐?。一個(gè)構(gòu)件即可看成有限多個(gè)小單元的集合。一般來(lái)講，單元越小，網(wǎng)格密度計(jì)算結(jié)果越精確，同時(shí)要求計(jì)算機(jī)容量也就越大，在保證計(jì)算精度的條件下，單元應(yīng)盡量取少些。在這個(gè)過(guò)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(gè)單元的局部范圍里可以采用比較簡(jiǎn)單的函數(shù)來(lái)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(lái)，就可以近似表達(dá)整個(gè)區(qū)域的真實(shí)位移函數(shù)。最后，通過(guò)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(shí)引入構(gòu)件的約束條件就可以求解構(gòu)件強(qiáng)度問(wèn)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(shí)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(wèn)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(wèn)題，所分析的問(wèn)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(gè)特征是網(wǎng)格與實(shí)際結(jié)構(gòu)之間高度的物理相似，網(wǎng)格可以將不同類(lèi)形、形狀和物理性質(zhì)的單元混合起來(lái)，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(lái)，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(wèn)題擴(kuò)展到空間問(wèn)題、板殼問(wèn)題，由靜力平衡問(wèn)題擴(kuò)展到穩(wěn)定問(wèn)題、動(dòng)力問(wèn)題和波動(dòng)問(wèn)題。分析的對(duì)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