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矩形蒸汽灭菌压力容器的研究

熊伟

  灭菌锅体是蒸汽灭菌产品内的核心部件之一,它的性能对产品的使用和寿命有着直接的影响。目前蒸汽灭菌容器多采用圆筒形结构,只有在大容积的灭菌容器中才会采用矩形的结构,这种结构一般通过钣金折弯后焊接制造,生产率低。因此,设计一种加工方便、结构新颖可靠的新型矩形压力容器结构对提高灭菌产品的市场竞争力具有积极的意义。 本文分别从实验研究、理论分析和数值仿真等三方面对蒸汽灭菌压力容器进行了探讨和研究。采用应变电测法对原有的圆筒形压力容器进行了实验研究,当实验压力为0.35MPa时,可以得到测量点的主应变。根据广义胡克定律,可以将应变值转换为应力值。虽然测量值与理论值有一定的偏差,但是偏差不大,而且两种结果均反映了薄壁圆筒形压力容器和碟形封头的平面应力状态。实验结果还为后面的新型结构设计提供了参考。然后,基于无限长壳体模型,即忽略两端盖的加强作用,采用曲梁力学模型的分析方法对矩形容器进行了受力分析。引入流动半径的概念,发现危险截面产生于最大流动半径处,并推导了受内压作用的壳体计算公式和强度校核条件。根据计算公式和工程经验,对矩形压力容器的壳体、封头、接管和门体进行了详细的设计。其中,容器的容积约为10L,四个侧板之间的圆角为R=30mm,壳体和封头的名义厚度均为4mm,并且壳体和封头采用整体冲压成形。所获得的矩形容器具有结构简单、易于加工、造型大方以及空间利用率高等特点。通过有限元分析软件ABAQUS,对设计的容器进行了结构静力分析。采用结构化网格划分和扫掠网格划分技术进行了网格划分,并根据实际工况加载了边界条件。当加载0.35MPa的均布压力后,容器上最大当量应力出现在圆角处,然后是侧板的中部。圆角处刚好是最大流动半径,可见数值仿真的结果与理论分析一致。 结果表明,为了达到与圆筒形容器同等的强度等级,矩形容器的壁厚增加了,但是其空间利用率更高,因此,在有效容积相等的情况下,矩形容器所消耗的板材更少。综上看来,采用矩形容器并没有显著提高材料消耗。……   
[关键词]:矩形截面;压力容器;电测法;拉深成形;有限元分析
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:宁波大学2012年