CN105095582A - 一种基于多软件联合仿真的超大型蒸压釜设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种基于多领域联合仿真的超大型蒸压釜设计方法，包括以下步骤：三维建模软件建立样板模型、零部件参数化设计、不同尺寸蒸压釜快速建模、导入有限元分析软件、有限元分析结果、根据强度需求对釜体壁厚与法兰齿啮式结构进行优化、运动学仿真软件分析釜盖开合特性、加载过程中盈利与振动特性，综合结果优化结构。本发明运用多领域软件，对工作状态下不同尺寸的蒸压釜仿真分析，通过对超大型蒸压的应力、振动、流场的分析结果来校核强度、优化结构，对于大型压力容器的设计提供了一种设计思路，提高设计效率与设计精度。

Description

一种基于多软件联合仿真的超大型蒸压釜设计方法

技术领域

本发明涉及压力容器的设计领域，特别是涉及一种通过多领域计算机模拟软件，对超大型蒸压釜联合仿真分析的设计方法。

背景技术

目前，蒸压釜作为制作灰砂砖、混凝土管桩等建筑制品蒸压养护的大型压力容器设备被大量投入使用，而国内蒸压釜最大尺寸为直径3.5m，长度为4m，而国外的蒸压釜最大蒸压釜直径9.75m，而最大长度为61m，相比之下相比相差甚远，国内对于超大型蒸压釜的需求越发急迫，而蒸压釜的设计方法仍不完善，国内的蒸压釜设计标准JC-720《蒸压釜》中所叙述的蒸压釜最大的设计尺寸内径为3500mm，所以超大型蒸压釜的设计没有相应的标准。

在三维模型的建模过程中，尺寸稍微改变一点都需要重新建模，极为浪费时间，降低设计效率，通过基于Pro/E二次开发的方法能够访问已有的样板模型的参数，而通过建立的UI界面与程序编写能够更为方便的修改获取到的参数并模型再生。

对于压力容器的设计，主要参考标准有GB150-2011《压力容器》与JB4732-2005《钢制压力容器-分析设计标准》，而据此计算出的釜体壁厚较保守，通过有限元分析的方法对工作状态下的蒸压釜做整体的静力学分析并以强度为标准做壁厚优化得出满足许用应力强度的最小壁厚；而运用动力学仿真软件能够对快开门结构的运动过程中啮合位置的振动与接触应力，能够确定更为合理的釜盖开启方式和载荷加载速率。

发明内容

本发明是一种超大型蒸压釜的建模设计的一种方法，通过对超大型蒸压釜参数化设计能够快速建模，之后将快速建立的不同尺寸的三维模型导入ANSYSWorkbench、ADAMS，对超大型蒸压釜做静力学分析、壁厚优化、釜盖运动学分析。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

(1)三维建模软件建立样板模型；

(2)零部件参数化设计；

(3)通过步骤(2)中的参数对不同尺寸蒸压釜快速建模；

(4)将步骤(3)中生成的模型导入有限元分析软件；

(5)对整体模型有限元分析，强度校核；

(6)根据(5)中强度校核的结果对蒸压釜釜体与法兰上应力集中处的应力线性化，得到一次应力与二次应力结果，以此为参数对釜体壁厚与法兰的啮合齿齿宽齿长进行零阶优化，迭代出能够满足强度需求的最小壁厚与最优啮合齿尺寸参数；

(7)运用运动学仿真软件建立釜盖运动学模型，对该尺寸模型下釜盖开启与闭合时釜盖振动与应力状态进行仿真，分析在重力影响下超大型蒸压釜的齿啮式快开门结构的特征相应；

附图说明

图1为本发明实施例的一种基于多领域仿真软件的超大型蒸压釜的设计方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方法进一步说明。

图1为本发明实施例的一种基于多领域仿真软件的超大型蒸压釜的设计方法流程图。

其中参数化设计过程主要包括以下步骤：

(1)在Pro/E中，建立内径为2000mm的蒸压釜的零部件并装配，建立的参数关系主要有釜体长度、釜体内径、釜体壁厚、釜体法兰壁厚、釜体法兰齿宽、釜体法兰齿厚、釜盖法兰齿宽、釜盖法兰齿厚，其中由于釜体壁厚参数无法直接获取，参数关系式中需要设置壁厚关系式为外径与内径之差。

(2)打开VC++，建立库文件包括wsock32.lib、mpr.lib、psapi.lib、protk_dllmd.lib、netapi32.lib。

(3)初始化函数：具体函数为user_initializ()和user_terminate()函数，通过ProCmdActionAdd()函数向Pro/E的操作界面添加菜单。

(4)模型参数获取：载入模型，通过ProMdlCurrentGet()与ProParameterValueGet()函数调用已设置的参数句柄。

(5)模型再生：利用ProParameterValueSet与ProSolidRegenerate()函数对样本模型的参数修改与模型再生。

有限元分析与优化步骤为：

①通过上述方法建立需要设计的蒸压釜内径与长度，计算壁厚根据JB4732-2005《钢制压力容器-分析设计标准》计算得出，打开ANSYSWorkbench导入模型，导入零部件的材料属性，划分网格与设置工作状态边界层条件，其中齿啮合部位设置有摩擦接触，考虑重力影响，有限元分析。

②导出有限元分析结果数据，分析得出釜体表面等效应力最大值，釜体法兰与釜盖法兰接触面的等效应力最大值节点位置，设置贯穿应力集中点的直线，将应力线性化，根据设计标准得出不同位置的许用应力强度。

③步骤②中线性化后的一次应力与二次应力作为参数标准，打开ANSYSWorkbench中的DesignExplorer模块，采用零阶优化的方法，将壁厚与法兰齿的吃宽与齿厚设置为输入参数，以0.1mm为步长向下迭代计算，直到应力强度超出许用应力值，得出最小壁厚与满足接触应力的最小齿宽齿厚，如果壁厚不为整数，则根据具体的钢材生产情况圆整。

基于ADAMS的运动学仿真分析过程主要包括以下几个步骤：

㈠将步骤①中建立的蒸压釜三维模型通过利用MECHANISM.PRO接口导入ADAMS中，模型导入过程添加重力加速度。

㈡设置材料属性，主要包括：弹性模量、剪切模量、泊松比和密度。

㈢定义刚性体和柔性体，通过ANSYS划分网格建立中性.MNF文件，将中性文件导入ADAMS中，其中法兰为柔性体，其余为刚性体。

㈣确定约束关系与接触，其中主要包括釜体法兰的齿与釜盖法兰齿之间的移动副、釜盖位置的转动副，接触定义为Flex-Flex。

㈤设置运动函数与测试点：测试点主要在不同位置的法兰啮合处，进行运动学仿真，仿真结果为测试点的轴向位移、轴向速度、接触应力。

在本超大型蒸压釜的设计实例中，运用Pro/E的二次开发工具Pro/TOOLKIT与VC++的编程的方法对超大型蒸压釜进行参数化建模，快速改变主要零部件的结构参数；之后通过ANSYSWorkbench的优化方法对工作状态下蒸压釜静力学分析，进行应力评定，并且对壁厚与法兰结构进行优化；最后运用虚拟样机软件ADAMS对齿啮式快开门结构的开合过程与加载过程运动学分析。

Claims (8)

1.一种基于多软件联合仿真的超大型蒸压釜设计方法，包括以下步骤：

(1)三维建模软件建立样板模型；

(2)零部件参数化设计；

(3)通过步骤(2)中的参数对不同尺寸蒸压釜快速建模；

(4)将步骤(3)中生成的模型导入有限元分析软件；

(5)对整体模型有限元分析，强度校核；

(6)根据(5)中强度校核的结果对蒸压釜釜体与法兰上应力集中处的应力线性化，得到一次应力与二次应力结果，以此为参数对釜体壁厚与法兰的啮合齿齿宽齿长进行零阶优化，迭代出能够满足强度需求的最小壁厚与最优啮合齿尺寸参数；

(7)运用运动学仿真软件建立釜盖运动学模型，对该尺寸模型下釜盖开启与闭合时釜盖振动与应力状态进行仿真，分析在重力影响下超大型蒸压釜的齿啮式快开门结构的特征相应。

2.如权利要求1中所叙述的设计方法，其特征在于，所述的参数化建模是基于Pro/E的二次开发；所述的有限元分析软件为ANSYSWorkbench；所述的运动学分析软件为ADAMS。

3.如权利要求1所述的参数化建模方法，其特征在于，步骤(2)中的开发方法为基于Pro/Toolkit与VC语言编程。

4.如权利要求1所述的二次开发方法，其特征在于，步骤3中快速建模具体开发步骤为：

启动Pro/E，建立已有尺寸的样板模型；

在Pro/E中设置参数名称与关系式，利用VC建立与Pro/E链接，通过ParamsGetGet()函数获取设置参数，通过ProSolidRegenerate()函数实现修改过参数的零部件模型再生。

5.如权利要求1中所述的壁厚优化方法，其特征在于，优化方法是通过ANSYSWorkbench的优化功能DesignExplorer实现对壁厚的零阶优化。

6.如权利要求5所述的优化方法，其特征在于，优化过程中评定参数为线性化后应力评定是否超出许用应力值。

7.如权利要求1所述的运动学分析，其特征在于，釜盖运动仿真过程中需要将法兰设置为柔性体。

8.如权利要求7所述运动学分析，其特征在于，主要评定标准为不同位置的齿啮合处的振动与应力情况。