【正文】 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是臥式液氨儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)，臥式儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)不僅包括對(duì)容器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，然而我們也不能忽視對(duì)容器的安全可靠性分析分析和經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)的探討，對(duì)容器。所以研究開(kāi)發(fā)具有較好實(shí)用功能的CAPP系統(tǒng)，是很有價(jià)值的課題。(3) CAPP系統(tǒng)分析結(jié)論從上面的介紹，壓力容器的CAPP系統(tǒng)具有很多的優(yōu)點(diǎn)，簡(jiǎn)潔直觀，方便管理，分析方法比較先進(jìn)可靠。只要控制圖上的點(diǎn)子出現(xiàn)下列情況時(shí)，就可判斷工序是否為失控狀態(tài)，如下圖： 一次性合格率的計(jì)數(shù)值控制圖該圖是2001年1月到2005年1月產(chǎn)品的一次性合格率的計(jì)數(shù)值控制圖。比如我們可以很明顯的看出2月份的的扭曲缺陷超過(guò)600件，是一種很反常的情況，必須馬上檢查每個(gè)工序和設(shè)備，找出產(chǎn)生缺陷的原因，采取措施進(jìn)行消除。系統(tǒng)的控制界面如下圖所示： 控制界面此系統(tǒng)的控制界面可以對(duì)任何“數(shù)據(jù)字段”內(nèi)不同時(shí)間的缺陷數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并且可以用不同形狀的統(tǒng)計(jì)圖顯示。(3) 點(diǎn)子在控制界限附近，即在2σ3σ之間，稱(chēng)為警戒區(qū)間。只要控制圖上的點(diǎn)子出現(xiàn)下列情況時(shí)，就可判斷工序是否為失控狀態(tài)，如下圖：(1)另外，在求各種控制圖時(shí)，3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差并不容易求到，故按統(tǒng)計(jì)理論計(jì)算出一些近似系數(shù)用于各種控制圖的計(jì)算信息輸入表中。而把中心線確定在被控制對(duì)象(如平均值、極差、中位數(shù)等)的平均值上。雖然其取值范圍是確定的，但取值具有隨機(jī)性，只有在檢驗(yàn)之后才能確定下來(lái)。 控制圖的基本格式圖計(jì)數(shù)值控制圖則用于以計(jì)數(shù)值為控制對(duì)象的場(chǎng)合。中心線CL(Central Line)，上控制界限UCL(Upper Cortrol Limit)，下控制界限LCL(Lower Control Limit)。計(jì)數(shù)值控制圖的作用與計(jì)量值控制圖類(lèi)似，其目的也是為了分析和控制生產(chǎn)工序的穩(wěn)定性，預(yù)防不合格品的發(fā)生，保證產(chǎn)品質(zhì)量。控制圖是對(duì)過(guò)程質(zhì)量加以測(cè)定、紀(jì)錄從而進(jìn)行控制管理的一種科學(xué)方法設(shè)計(jì)的圖。該系統(tǒng)利用ADO控件和缺陷統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)的動(dòng)態(tài)連接，生成在不同時(shí)間各種缺陷發(fā)生頻數(shù)的統(tǒng)計(jì)圖和不合格率曲線，并利用休哈特控制圖在質(zhì)量管理過(guò)程中的作用，來(lái)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警，查出焊接缺陷頻繁產(chǎn)生的原因，并及時(shí)的采取改進(jìn)措施消除，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行預(yù)防，達(dá)到道道工序都處于穩(wěn)態(tài)的全穩(wěn)生產(chǎn)線。6 焊接缺陷分析的CAPP系統(tǒng)設(shè)計(jì)因?yàn)楹附尤毕輰?duì)壓力容器失效的影響很大，在生產(chǎn)的過(guò)程中除了要從焊接方法上控制外，還要對(duì)焊接缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，利用控制圖的方法來(lái)控制和預(yù)防，保證產(chǎn)品合格率，為此用VB語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了一套壓力容器焊接缺陷分析的CAPP系統(tǒng)。 （2）防止產(chǎn)生氣孔的措施是：不得使用藥應(yīng)開(kāi)裂、剝落、變質(zhì)、偏心或焊芯銹蝕的焊條；各種類(lèi)型的焊條或焊劑都應(yīng)按規(guī)定的溫度和保溫時(shí)間進(jìn)行烘干；焊接坡口及其兩側(cè)應(yīng)清理干凈；正確地選擇焊接工藝參數(shù)；堿性焊條施焊時(shí)，應(yīng)短弧操作。 要保證焊接接頭的質(zhì)量，就應(yīng)在焊接過(guò)程中采用有效措施，防止產(chǎn)生焊接缺陷。因此，改善焊趾處的應(yīng)力集中程度能大大提高接頭的抗腐蝕疲勞的能力。同樣地，應(yīng)力集中對(duì)腐蝕疲勞也有很大影響。這些外部缺陷使浸入的介質(zhì)局部濃縮，加快了電化學(xué)過(guò)程的進(jìn)行和陽(yáng)極的溶解，為應(yīng)力腐蝕裂紋的成長(zhǎng)提供了方便。如果焊縫表面有缺陷，則裂紋很快在那里形核。通常疲勞裂紋是從表面引發(fā)的，因此當(dāng)缺陷露出表面或接近表面時(shí)，其疲勞強(qiáng)度的下降要比缺陷埋藏在內(nèi)部的明顯得多。帶咬邊的接在106次循環(huán)的疲勞強(qiáng)度大約為致密接頭的40%，其影響程度也與負(fù)載方向有關(guān)。焊縫內(nèi)部的球狀?yuàn)A渣，氣孔，當(dāng)其面積較小，數(shù)量較少時(shí)，對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響不大，但當(dāng)夾渣形成尖銳的邊緣時(shí)，則對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響十分明顯。（4）.焊接缺陷對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響缺陷對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響要比靜載強(qiáng)度大得多。如果裂紋位于高值拉應(yīng)力區(qū)就容易引起低應(yīng)力破壞；若位于結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中區(qū)，則更危險(xiǎn)。一般認(rèn)為，結(jié)構(gòu)中缺陷造成的應(yīng)力集中越嚴(yán)重，脆性斷裂的危險(xiǎn)性越大。尤其是裂紋，在其尖端存在著缺口效應(yīng)，容易出現(xiàn)三向應(yīng)力狀態(tài)，會(huì)導(dǎo)致裂紋的失穩(wěn)和擴(kuò)展，以致造成整個(gè)結(jié)構(gòu)的斷裂，所以裂紋是焊接結(jié)構(gòu)中最危險(xiǎn)的缺陷。單個(gè)小球夾渣并不比同樣尺寸和形狀的氣孔危害大，當(dāng)夾渣呈連續(xù)的細(xì)條狀且排列方向垂直于受力方向時(shí)，是比較危險(xiǎn)的。因此，成串氣孔要比單個(gè)氣孔危險(xiǎn)得過(guò)且過(guò)多。此外，對(duì)于焊縫的形狀不良，角焊縫的凸度過(guò)大及錯(cuò)邊，角變形等焊接接頭的外部缺陷，也都會(huì)引起應(yīng)力集中或者產(chǎn)生附加的應(yīng)力。焊縫中的夾雜物具有不同的形狀和包含不同的材料，但其周?chē)膽?yīng)力集中與空穴相似。（1）.焊接缺陷引起的應(yīng)力集中焊縫中的氣孔一般呈單個(gè)球狀或條蟲(chóng)形，因此氣孔周?chē)鷳?yīng)力集中并不嚴(yán)重。由于各類(lèi)缺陷的形態(tài)不同，所產(chǎn)生的應(yīng)力集中程度也不同，因而對(duì)結(jié)構(gòu)的危害程度也各不一樣。由于缺陷的存在減少了結(jié)構(gòu)承載的有效截面積，更是主要的是在缺陷周?chē)a(chǎn)生了應(yīng)力積中。焊縫缺陷是造成鍋爐、壓力容器失效和事故的主要原因，因此，必須對(duì)焊縫缺陷的危害性有充分的認(rèn)識(shí)。如點(diǎn)狀腐蝕而產(chǎn)生密集凹坑；均勻腐蝕而使器壁過(guò)渡減?。痪чg腐蝕致使晶粒疏松而失去承載能力，或在拉應(yīng)力作用下介質(zhì)使金屬材料腐蝕產(chǎn)生裂紋的應(yīng)力腐蝕過(guò)程導(dǎo)致容器泄露或破壞。在交變載荷下，這些宏觀的或者顯微的裂紋還要繼續(xù)擴(kuò)展，從而形成顯微的宏觀裂紋。（3）疲勞破壞 由于交變載荷導(dǎo)致容器應(yīng)力集中部位產(chǎn)生疲勞損傷，萌生疲勞裂紋并進(jìn)一步擴(kuò)展而產(chǎn)生破壞，叫做疲勞破壞。（2）脆性破壞壓力容器的脆性破壞，主要是指容器在沒(méi)有發(fā)生或未充分發(fā)生塑性變形時(shí)就破裂或爆炸的破壞。就像材料拉伸試驗(yàn)中的韌性斷裂過(guò)程那樣，壓力容器的韌性破壞時(shí)也會(huì)經(jīng)歷彈性變形、屈服及強(qiáng)化、最后破裂這樣幾個(gè)過(guò)程。下面介紹一下最主要的幾種形式。所以現(xiàn)代壓力容器設(shè)計(jì)不得不進(jìn)一步分析容器可能出現(xiàn)的各種失效形式。近十年來(lái)，大量的地使用了各種和結(jié)構(gòu)的焊接容器，并且積累了許多經(jīng)驗(yàn)，但是壓力容器仍然有許多事故發(fā)生。(5)失效分析是技術(shù)開(kāi)發(fā)、技術(shù)改造、技術(shù)進(jìn)步乃至整個(gè)科學(xué)技術(shù)水平的提高等方面的“開(kāi)拓者”和“杠桿”，它提供信息、方向、途徑和方法，從而提高國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科學(xué)校術(shù)發(fā)展的速度。(4)失效分析可以為仲裁失效事故的責(zé)任、偵破犯罪案件開(kāi)展技術(shù)保險(xiǎn)業(yè)務(wù)、修改和制定產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等方面提供可靠的科學(xué)技術(shù)依據(jù)。(2)失效是產(chǎn)品質(zhì)量控制網(wǎng)發(fā)生偏差的反映，失效分析是可靠性工程必不可少的基礎(chǔ)技術(shù)工作，加強(qiáng)機(jī)械產(chǎn)品失效及其分析工作的管理必將強(qiáng)化全面質(zhì)量管理工作，因此它是機(jī)械產(chǎn)品全面質(zhì)量管理中的重要組成部分和關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)。在人孔接管處設(shè)置加強(qiáng)圈，防止引起的裂紋、變形等容器失效。在壓力容器開(kāi)孔接管區(qū)應(yīng)該使整體結(jié)構(gòu)一致化，這樣在分析和計(jì)算時(shí)就可以比較完整的描述出開(kāi)空接管區(qū)的應(yīng)力。開(kāi)孔接管區(qū)的應(yīng)力狀況非常復(fù)雜，削弱了原有的承載面積，在開(kāi)孔邊緣附近必然會(huì)造成應(yīng)力集中，接管區(qū)的受力有如下幾種：儲(chǔ)罐的接管區(qū)受到由液壓引起的徑向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力，其中環(huán)向應(yīng)力是徑向應(yīng)力的兩倍；另一方面接管的存在使開(kāi)孔接管區(qū)成為總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)，殼體與接管在內(nèi)壓作用下自由變形不一致，在變形協(xié)調(diào)過(guò)程中將產(chǎn)生邊緣應(yīng)力；同時(shí)接管和殼體是通過(guò)焊接連接在一起的，焊縫的結(jié)構(gòu)與尺寸如焊縫高度、過(guò)渡圓角等會(huì)形成結(jié)構(gòu)不連續(xù)，形成局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)應(yīng)力，由于焊接時(shí)的殘余應(yīng)力；由于容器自重和儲(chǔ)存介質(zhì)的重力，筒體的上半部分受到壓應(yīng)力的作用，其中筒體和接管的最高點(diǎn)處壓應(yīng)力最大，所以在應(yīng)力集中后該處的應(yīng)力值最大，而在接管的上下端面附近由于距離焊縫較遠(yuǎn)，幾乎不受焊接殘余應(yīng)力的影響，承載較小，在應(yīng)力云圖上顯示的應(yīng)力也是最小的區(qū)域。計(jì)算結(jié)果和應(yīng)力云圖如下圖： 分析結(jié)果圖 儲(chǔ)罐建模圖 結(jié)果與討論對(duì)該應(yīng)力云圖分析可以看出，應(yīng)力最大的地方出現(xiàn)在筒體最高位置與人孔接管焊接區(qū)域。執(zhí)行求解命令。對(duì)內(nèi)表面施加內(nèi)壓：重復(fù)步驟1，選中內(nèi)表面編號(hào)為6，7，15，17，19，23，29，42，47，50的所有面，在對(duì)話框中的Value文本框中輸入pi。在Z=Lc/2對(duì)稱(chēng)面上施加對(duì)稱(chēng)面約束：重復(fù)步驟2，設(shè)定Areas，By Location，Z coordinates，在Min，Max中輸入Lc/2，施加對(duì)稱(chēng)約束。（5）施加約束與載荷① 筒體端面施加端面平衡面載荷：執(zhí)行PressureOn Areas命令,選中筒體端部編號(hào)為3，9的兩個(gè)面，在對(duì)話框中的Value文本框中輸入Pc。（3）創(chuàng)建筒體與接管模型液氨儲(chǔ)罐在整體上具有前后和左右對(duì)稱(chēng)性，由于僅考慮內(nèi)壓作用下的應(yīng)力狀況，為此有限元模型可利用結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性取開(kāi)孔接管區(qū)的1/4建模。參 數(shù)參數(shù)意義參 數(shù)參數(shù)意義Rci=600mm筒體內(nèi)半徑Hmin=sqrt(Rci**2Rni**2)接管最小內(nèi)伸長(zhǎng)長(zhǎng)度tc=10mm筒體厚度Lni=50mm接管內(nèi)伸長(zhǎng)度Rco=Rci+tc筒體外半徑Ln=200mm接管外伸長(zhǎng)度Lc=2030mm筒體長(zhǎng)度rr1=30mm焊縫外側(cè)過(guò)渡圓角半徑Rno=240mm接管外半徑rr2=15mm焊縫內(nèi)側(cè)過(guò)渡圓角半徑tn=10mm接管厚度Pi= MPa內(nèi)壓Rni=Rnotn接管內(nèi)半徑Pc=pi*Rci**2/(Rco**2Rci**2)筒體端部軸向平衡面載荷Pn=pi*Rni**2/(Rno**2Rni**2)接管端部縱向平衡面載荷（2）定義單元及材料① 定義單元類(lèi)型：選擇Structural Solid選項(xiàng)中Brick 8node 45號(hào)單元。再對(duì)各對(duì)稱(chēng)面施加對(duì)稱(chēng)約束，對(duì)內(nèi)表面施加內(nèi)壓力進(jìn)行求解。另外，為簡(jiǎn)化建模，本分析只考慮液氨儲(chǔ)罐上的最大接管，即人孔接管。（3）由上面的數(shù)據(jù)對(duì)儲(chǔ)罐的人孔開(kāi)孔區(qū)進(jìn)行應(yīng)力分析，具體分析過(guò)程見(jiàn)下文詳解。由前一部分液氨儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可得出：（1）該儲(chǔ)罐的人孔開(kāi)孔區(qū)的尺寸和參數(shù)如下：儲(chǔ)罐的筒體內(nèi)半徑Rci=600mm, 筒體厚度tc=10mm，筒體長(zhǎng)度Lc=2030mm，接管外半徑Rno=240mm，接管厚度tn=10mm，接管外半徑Rno=240mm， 接管壁厚10mm，接管內(nèi)伸長(zhǎng)度Lni=50mm，接管外伸長(zhǎng)度Ln=200mm，焊縫外側(cè)過(guò)渡圓角半徑rr1=30mm，焊縫內(nèi)側(cè)過(guò)渡圓角半徑rr2=15mm，儲(chǔ)罐內(nèi)部壓力Pi=。開(kāi)孔接管區(qū)的應(yīng)力狀況非常復(fù)雜，這時(shí)因?yàn)橐环矫骈_(kāi)孔破壞了殼體材料的連續(xù)性，削弱了原有的承載面積，在開(kāi)孔邊緣附近必然會(huì)造成應(yīng)力集中；另一方面接管的存在使開(kāi)孔接管區(qū)成為總體結(jié)構(gòu)不連續(xù)區(qū)，殼體與接管在內(nèi)壓作用下自由變形不一致，在變形協(xié)調(diào)過(guò)程中將產(chǎn)生邊緣應(yīng)力，同時(shí)接管和殼體是通過(guò)焊接連接在一起的，焊縫的結(jié)構(gòu)與尺寸如焊縫高度、過(guò)渡圓角等會(huì)形成結(jié)構(gòu)不連續(xù)，形成局部結(jié)構(gòu)不連續(xù)應(yīng)力，JB47321995對(duì)焊縫過(guò)渡圓角做了較為詳細(xì)的規(guī)定。ANSYS開(kāi)放式的結(jié)構(gòu)使用戶可以利用APDL, UIDL和UPFS對(duì)其進(jìn)行一次開(kāi)發(fā)。ANSYS提供了與多數(shù)CAD軟件及有限元分析軟件的接口程序，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交換。ANSYS可以實(shí)現(xiàn)多物理場(chǎng)藕合分析，研究各物理場(chǎng)問(wèn)的相互影響。利用ANSYS的拓?fù)鋬?yōu)化功能，用戶可以對(duì)模型進(jìn)行外型優(yōu)化，尋求物體對(duì)材料的最佳利用。⑥.良好的優(yōu)化功能。⑤.智能網(wǎng)格劃分。④.強(qiáng)大的非線性分析功能。③.強(qiáng)大的求解功能。②.強(qiáng)大的建模能力。 ANSYS主要技術(shù)特點(diǎn)ANSYS作為一個(gè)功能強(qiáng)大，應(yīng)用廣泛的有限元分析軟件，其技術(shù)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①.數(shù)據(jù)統(tǒng)一。 ANSYS軟件的三大處理模塊ANSYS軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。 ANSYS軟件是第一個(gè)工S09001通過(guò)質(zhì)量認(rèn)證的大型分析設(shè)計(jì)類(lèi)軟件，是美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)(ASME)，美國(guó)核安全局(NOA)及近20種專(zhuān)業(yè)技術(shù)協(xié)會(huì)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)分析軟件。ANSYS獨(dú)具特色的多物理場(chǎng)禍合分析技術(shù)和涵蓋優(yōu)化設(shè)計(jì)、隨機(jī)有限元分析等在內(nèi)的一體化的處理技術(shù)充分體現(xiàn)了CAE領(lǐng)域的最新發(fā)展成就。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，ANSYS逐漸為全球工業(yè)界廣泛接受。隨著機(jī)械產(chǎn)品日益向高速、高效、高精度和高度自動(dòng)化技術(shù)方向發(fā)展，有限元法在現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的作用和地位也越來(lái)越顯著，它已經(jīng)成為現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的一種重要的且必不可少的工具。有限元法的應(yīng)用與電子計(jì)算機(jī)緊密相關(guān)，由于該法采用矩陣形式表達(dá)，便于編制計(jì)算機(jī)程序，可以充分利用高速電子計(jì)算機(jī)所提供的方便。用有限元法與數(shù)學(xué)規(guī)劃法相結(jié)合還進(jìn)行了不同載荷作用下的極限分析與安全性分析。近年來(lái)許多功能較強(qiáng)的有限元軟件的不斷涌現(xiàn)，前后處理功能的不斷改進(jìn)，可以輸入比以前更少的信息便可以自動(dòng)生成網(wǎng)格及載荷移置，像ANSYS, NASTRAN等軟件還有等效線性化后處理功能，并將結(jié)果整理出圖象輸出，極大地方便了設(shè)計(jì)者。實(shí)際上，這就是把無(wú)限自由度的連續(xù)體的力學(xué)計(jì)算變成在有限多個(gè)節(jié)點(diǎn)某些參數(shù)的計(jì)算。與此同時(shí)，把用連續(xù)形式描述的邊界條件看作是只需要在邊界上若干個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)當(dāng)遵守的條件。有限元法可以說(shuō)是對(duì)問(wèn)題的一種物理近似法，它與差分法不同的是，它不涉及原有的微分方程，而是從能量原理出發(fā)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化處理。到上個(gè)世紀(jì)70年代，廣泛使用，壓力容器界也開(kāi)始使用有限元方法解決容器中的具體問(wèn)題。由于容器的受力情況一般比較復(fù)雜，用傳統(tǒng)的計(jì)算方法很難解答，然而有限元法作為一種有效的應(yīng)力分析方法正是壓力容器應(yīng)力分析的有效方法。它們可能是施加在整個(gè)容器上(如壓力)，也可能是施加在容器的局部部位(如支座反力)。當(dāng)應(yīng)力值超出許用應(yīng)力時(shí)，儲(chǔ)罐就是危罐，應(yīng)該立即停止使用或者采取合適的方法來(lái)補(bǔ)救。但是隨著儲(chǔ)罐的使用，儲(chǔ)罐的結(jié)構(gòu)、壁厚等參數(shù)都發(fā)生了變化，儲(chǔ)罐在這種變化下還能不能滿足工作的要求，這就需要我們對(duì)儲(chǔ)罐的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，做出判斷。隨著容積的增大，儲(chǔ)罐在設(shè)計(jì)和使用中的安全可靠性就變得極為重要。從計(jì)算所得費(fèi)用和網(wǎng)絡(luò)查閱報(bào)價(jià)兩結(jié)果來(lái)看，數(shù)值相差不大，由于計(jì)算估計(jì)價(jià)格時(shí)，很多數(shù)據(jù)都是比較保守，大部分都用較大值計(jì)算，所以與實(shí)際報(bào)價(jià)存在一定的差距是很正常的情況，從而也證明了第二部分儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理