外压容器设计计算软件开发开题报告

1. 研究目的与意义

随着我国工业化发展越来越快，外压容器被广泛应用到化工，石油冶炼等行业。为了实现外压容器自主生产，确保外压容器安全运行，保障人民生命财产安全，必须十分重视外压容器的设计。而外压容器设计现阶段主要采用的是图算法，需要试算以及查表，过程繁琐。为了提高设计效率，开发外压容器设计计算软件非常有必要。本次课题研究的主要目的是编制受外压容器的设计计算软件，从而可以使查表试算简单，提高设计的效率，使设计简单快捷，运算系统方便，将节省时间与资源。

2. 国内外研究现状分析

外压容器是指外部压力大于内部压力的容器，国内外现阶段在工程上设计外压容器一般主要考虑设计容器是否发生失稳失效。为了避免失效的产生，在设计过程中应使最大许用压力值大于最大压力值，并形成了国际国内的规范。国内设计应遵循规范gb-150国外主要规范是asme第Ⅷ-1。1911年美国机械工程师学会(asme)成立锅炉和压力容器委员会，负责定制和解释锅炉和压力容器设计，制造，检测规范，1915年春出现了世界上第一部压力容器规范asme规范第一卷。2011年刘康林对asmeⅧ-1和gb150中的线算图进行了无量纲处理,证明了现行标准asmeⅧ-1、gb150和en13445中的外压容器图算法与强度稳定综合理论中的比例定律在物理本质和计算原理上的一致性,说明了"比例定律"的数学式与图算法线算图之间的等价关系,给出了外压容器设计的非线性失稳解析算式.利用该算式对5个钛制外压球壳极限压力进行了预测,结果表明,该算式的计算结果与试验结果吻合较好,且便于工程应用。

国内还有pvsas软件用于压力容器接管连接构件分析设计，软件采用有限元方法对各种不同接管构件进行强度，疲劳，稳定性的计算。1998年郭彦书通过典型事例,对氨合成塔内件外压失稳的原因进行分析,列举了失稳前系统可能出现的异常情况,提出了预防措施。2008年郑津洋关于钢丝缠绕增强塑料复合管(psp)外压失稳的试验和理论分别在"钢丝缠绕增强塑料复合管外压失稳试验研究"和"钢丝缠绕增强塑料复合管外压失稳理论分析"中进行了详细的研究。由于失稳分析属于非线性、大变形问题,而对含初始几何缺陷 psp 的稳定性进行理论计算更为复杂,本文基于大型有限元软件 ansys,采用特征值法和非线性法对 psp 在外压载荷作用下的力学响应进行数值模拟,分别得到复合管的临界失稳压力和失稳模态;基准模型经特征值法分析得到临界失稳压力为0.97 mpa,经非线性法分析得到临界失稳压力为0.83 mpa;分析了边界支持和初始缺陷对复合管外压稳定性的影响,得到临界失稳压力和波纹数随长径比的变化关系。2010年张宗尧利用有限元软件ansys对外压容器进行特征值、非线性屈曲分析,求出特征值和非线性失稳临界载荷,给出关于外压容器稳定性的分析结论,为提高外压容器安全性和结构设计合理性提供依据。2009年吴元祥等应用数理统计方法,对钢制薄壁外压球形封头临界失稳强度进行分析.基于临界失稳强度随机-载荷随机模型,以按我国标准设计与制造的钢制薄壁外压容器为研究对象,讨论了其临界失稳强度的可靠度.研究表明:1)薄壁外压球形封头临界失稳强度的实测值与理论预测值之比,是基本符合正态分布的随机变量.2)薄壁外压球形封头临界失稳强度的可靠度在保持外压差的外压试验时不小于0.933 81但不大于0.999 999951 7,薄壁外压圆筒的可靠度不小于0.999 999 986 7但不大于0.999 999 998 217.3)薄壁外压球形封头临界失稳强度的可靠度在正常操作时不小于0.933 54但不大于0.999 999 951,薄壁外压圆筒的可靠度不小于0.999 999 997 72但不大于0.999 999 995 53。2004年刘晓宁应用数理统计方法对钢制薄壁外压圆筒的临界失稳压力进行分析 ,得到如下结论 :①在显著度为 5 %时 ,描述临界失稳压力实测值与预测值之比的随机变量符合正态分布。②在置信度为99%时 ,该随机变量分布参数为 ,均值 μr=0 .95 79,标准差sr=0 .110 9,变异系数cr=0 .115 8。。2010年徐巧莲针对传统验证型外压容器失稳实验不足,开发一种设计型的外压容器失稳实验。通过在容器中安置一套带内加强板的可调节支撑装置,由学生自己设计调节方案,实现在不同加强结构形式下与实验对应的临界失稳压力和形态,根据实验结果验证其方案的可靠性。实际教学效果表明,开发的设计型实验更能激发学生的主观能动性,增强其动手能力和创新思维,可作为相关实验教学改革参考。

在压力容器设计计算方面有2011年西安建筑科技大学的淡勇对外压容器设计方法及数值计算的研究介绍了图算法的改进和2007版asme Ⅷ-2中对外压容器设计的修改，运用数值计算软件ansys进行特征值屈曲分析，研究外压容器设计中内径因素对临界压力的影响，得到随着内径增大，临界先迅速减小，接着缓慢增大，最后缓慢减小。2007年陈延通过对外压容器特别是带夹套容器的特性分析,提出了外压容器进行内压试验在设计时存在的问题,指出了外压内试的局限性。并结合工程实例,给出了解决问题的方法和建议。1997年哈尔滨化工学校的徐毅,李喜华对外压容器设计计算的研究得出在外压容器设计计算中，筒体的壁厚计算应利用图表法，一般至少试算3-5次。2008年陈盛秒对外压容器设计计算的公式法及其应用的研究。以外压容器失稳的临界压力公式为基础，得到了外压容器设计的公式法，可用于长，短圆筒弹性失稳的稳定性设计与校核。并对公式的应用条件与适用范围进行了详细分析。

3. 研究的基本内容与计划

研究主要内容是：熟悉和掌握外压容器（圆筒、圆管、封头）的计算内容和方法，利用图算法在保证不发生失稳失效的情况下进行外压容器的设计计算，学习使用VB软件编程，利用VB软件编制外压容器设计计算软件。用8周时间熟悉VB编程及外压容器设计计算具体方法，进行VB编程练习及试验，然后完成设计与编程。用三周时间撰写论文准备答辩。

4. 研究创新点

无