焦炭塔工作过程仿真及寿命评估--《大连理工大学》2011年硕士论文
焦炭塔工作过程仿真及寿命评估
【摘要】：延迟焦化是目前国内外石油炼制的主要加工过程,焦炭塔是延迟焦化的关键设备,焦炭塔的安全长久运行对石油炼制产业发展至关重要。本文通过焦炭塔工作过程模拟对其开裂、鼓胀的原因进行了分析；研究了焦炭塔操作周期及冷却水温对塔体受力、变形的影响规律；并采用应变范围法对焦炭塔寿命进行了评估。
对焦炭塔工作过程的瞬态温度场及温度—结构耦合场模拟采用ANSYS有限元分析软件。温度场模拟以塔底、塔顶进出口介质随时间变化检测温度沿高度方向线性拟合所得的温度作为热分析边界条件,换热边界温度为时间和高度的复合函数,实现了进油和水冷阶段的动态换热内边界模拟。应用生死单元技术实现焦炭塔进油生焦过程模拟。分析表明预热及蒸汽冷却阶段焦炭塔各处温度变化均匀。进油生焦阶段由于油气混合相不断攀升导致与壁面接触时壁面温度迅速增高。水冷阶段短时间内温度变化幅度大,温度变化速率高,热梯度变化规律复杂。
焦炭塔温度-结构耦合场的分析,综合考虑了焦炭塔自身重力、周期变化的温度载荷、操作内压以及焦炭存在对塔体受力等因素的影响。分析结果表明：周期变化的热应力是焦炭塔操作过程中产生高应力的根本原因,由于焦炭的存在对塔壁变形的牵制作用是水冷阶段焦炭塔下部筒体高应力、高应变的主要原因。热应力及焦炭对塔体变形的限制作用导致了裙座焊缝及塔体下部焊缝开裂；焦炭塔沿轴向应力分布及变化的差异造成焦炭塔沿轴向塑性应变量的差异,常年运行的焦炭塔由于塑性应变积累出现鼓胀变形,而塑性应变积累沿轴向的差异导致筒体下部沿轴向变形量不同,造成了焦炭塔的鼓凸变形。
焦炭塔失效模式为低周热疲劳,本文选取带缺口圆柱试样进行低周热疲劳实验,拟合出以Manson—COffin公式为基础的焦炭塔寿命评估方程。方程考虑了焦炭塔实际运行周期与试样在实验中设定周期的时间差异,结合数值模拟中结构分析的结果得到焦炭塔剩余寿命。
【关键词】：
【学位授予单位】：大连理工大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2011【分类号】：TE962【目录】：
Abstract5-8
1 绪论8-12
1.1 焦炭塔概况8-9
1.2 国内外焦炭塔及相关研究现状9-10
1.3 课题主要研究内容10-11
1.4 主要技术难点及创新11-12
2 焦炭塔工作过程数值模拟12-45
2.1 焦炭塔结构尺寸12-13
2.2 焦炭塔有限元模型及材料物性参数13-16
2.2.1 焦炭塔有限元模型建立13-14
2.2.2 焦炭塔材料物性参数14-16
2.3 焦炭塔温度场模拟16-26
2.3.1 热边界条件设定16-20
2.3.2 预热阶段温度场模拟20-21
2.3.3 进油生焦阶段温度场模拟21-23
2.3.4 蒸汽冷却阶段温度场模拟23-25
2.3.5 水冷阶段温度场模拟25
2.3.6 焦炭塔温度场数值模拟结果分析25-26
2.4 焦炭塔温度-结构耦合应力、应变场计算分析26-41
2.4.1 耦合场计算边界条件设定27-28
2.4.2 预热阶段耦合场计算28-30
2.4.3 进油生焦阶段耦合场计算30-32
2.4.4 蒸汽冷却阶段耦合场计算32-34
2.4.5 水冷阶段耦合场计算34-36
2.4.6 焦炭塔循环工作过程应力、应变分析36-41
2.5 焦炭塔开裂、鼓胀原因分析41-45
2.5.1 焦炭塔开裂原因分析41-42
2.5.2 焦炭塔鼓胀原因分析42-45
3 焦炭塔应力、应变影响因素研究45-55
3.1 焦炭塔操作周期变化对应力、应变影响46-51
3.2 冷却水温度变化对焦炭塔应力、应变影响51-55
4 焦炭塔寿命评估55-64
4.1 焦炭塔寿命预测方法概述55
4.2 焦炭塔材料疲劳寿命试验55-58
4.3 圆柱形缺口试样有限元分析58-63
4.4 焦炭塔当量应变范围法寿命评估63-64
参考文献67-70
攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71
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京公网安备75号基于正交试验法的高速背板焊点热疲劳可靠性分析--《电子质量》2009年03期
基于正交试验法的高速背板焊点热疲劳可靠性分析
【摘要】：针对某特定电子整机的布局,研究了背板的备用线数量及接口布局;以高速互联背板焊点为研究对象,基于正交试验法,建立不同组合水平下的有限元分析模型;利用ANSYS软件,对背板焊点在热循环加载条件下的热应力分析,利用修正后的Coffin-Manson方程对其进行寿命预测,获得了较好的结果。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TN406【正文快照】：
图1背板功能示意图[1]1引言高速互联背板类似一块承载底板,在电子整机系统中起承载连接的作用,它主要向插于其上的系统板分配电源或连通各插板之间的电性功能。如图1所示。随着背板技术的发展,背板被大量应用于电子整机中。但是背板连接器必须满足很多条件,首先,接口必须牢固
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京公网安备75号核桃破壳力试验及核桃剥壳机主要部件虚拟样机设计--《昆明理工大学》2011年硕士论文
核桃破壳力试验及核桃剥壳机主要部件虚拟样机设计
【摘要】：核桃加工对促进核桃产业的健康发展具有十分重要的意义。随着国内外市场对核桃深加工产品的需求不断增加,提高核桃剥壳机械化作业水平将成为必然。在核桃加工中,首先要解决的问题就是破壳问题,本文研究了核桃破壳力试验,并将虚拟样机技术用于核桃剥壳机的研究开发中,进行了核桃剥壳机主要部件虚拟样机设计。
虚拟样机技术是在虚拟环境下对计算机数字产品模型进行仿真分析的一项计算机辅助设计技术。集设计、建模和仿真分析为一整体。经过对各种分析模型建模,再对整个模型进行力学、动力学和运动学分析,然后根据分析结果进行综合优化或改进设计,以提高设计一次成功率。将虚拟样机技术用于核桃剥壳机,有助于推动现代设计方法在农业机械设计中的应用,以提高农业机械的设计水平,缩短产品开发周期。
论文设计了核桃的破壳试验装置,根据破壳力测量装置的功能分别对相关的硬件和软件进行了设计,包括系统总体设计、系统硬件设计、系统软件设计、机械部分的设计。对步进电机的驱动电路、数据采集电路进行了设计并设计了相关软件对装置进行控制,该实验装置的设计和控制用于核桃挤压破壳实验检测力的大小和变化过程。
利用所设计的实验装置进行核桃挤压破壳实验,分析核桃挤压破壳的力学性能,得出使核桃外壳破碎的最佳受力位置,测得核桃破壳时的力位移曲线,通过对核桃破壳力的分析,可以知道核桃的受力位置不同时,核桃破碎时所承受的破碎力的大小也不尽相同,破碎力小的施力位置是延核桃的短轴方向和棱的方向上施力,而且沿核桃的长轴方向上的施力所产生的破碎力远大于延核桃的棱的方向上施力所产生的破碎力值。同时,利用统计分析软件建立核桃的外形尺寸与施加在核桃相应位置上力关系,形成线性方程,用matlab建立神经网络模型,通过核桃尺寸、重量和核桃外皮的厚度来预测破壳所需力的大小。
用有限元分析软件ANSYS建立了核桃的有限元模型,通过对脆性材质的核桃进行的有限元分析,采用不同的加载方式,分析其应力应变的分布规律,为核桃的破壳提供理论依据。
论文分析了核桃剥壳机导向装置的必要性用,用建模软件UG设计了核桃导向装置的三维模型,并用ADAMS软件对导向装置进行运动分析,确立导向装置的一二级导向槽的角度和辊轴转速等基本参数。
总结已有的核桃剥壳装置的工作原理,进行核桃剥壳机的总体设计和相关部件的结构设计,进行了核桃剥壳机破壳装置的虚拟设计。
论文研究工作表明,核桃剥壳机的虚拟设计为设计人员提供了一种新的产品设计开发手段,采用的虚拟样机技术对下核桃剥壳机的研究和分析是可行的,它为核桃剥壳机的进一步研究开发提供了一定的方法、依据和可供借鉴的经验。
【关键词】：
【学位授予单位】：昆明理工大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2011【分类号】：S226.4【目录】：
摘要3-5ABSTRACT5-11第一章 绪论11-21 1.1 课题研究背景11-13
1.1.1 核桃的深加工12-13 1.2 核桃剥壳机械13-16
1.2.1 核桃剥壳机械的应用现状13-15
1.2.2 核桃剥壳机械的应用前景与展望15-16 1.3 虚拟样机技术16-20
1.3.1 虚拟样机技术的国外研究现状17-18
1.3.2 虚拟样机技术的国内研究现状18-19
1.3.3 虚拟样机技术在我国的应用前景19
1.3.4 虚拟样机技术在我国农业机械中的应用19-20 1.4 课题研究的主要内容20-21第二章 核桃破壳力测量装置设计21-31 2.1 试验台的硬件设计21-26
2.1.1 试验台系统构成21-22
2.1.2 测量装置机械部件设计22
2.1.3 测量装置电器原件介绍22-23
2.1.4 控制电路设计23-26 2.2 试验台的软件件设计26-29
2.2.1 上位机程序设计26-28
2.2.2 下位机程序设计28-29 2.3 本章小结29-31第三章 核桃挤压破壳试验31-43 3.1 核桃的三维尺寸和重量的测定31-34 3.2 试验内容及结果分析34-40
3.2.1 各施力方向下核桃受力的平均值37-38
3.2.2 破壳力与其他参数的相关性38-40 3.3 本章小结40-43第四章 基于有限元理论的核桃破壳受力分析43-53 4.1 有限单元法43-44 4.2 ANSYS有限元分析软件44-45
4.2.1 软件简介44-45
4.2.2 ANSYS软件面-面接触问题45 4.3 基于有限元的核桃破壳受力分析45-51
4.3.1 核桃的几何尺寸和参数设定46-47
4.3.2 施加载荷47
4.3.3 求解及结果分析47-51 4.4 本章小结51-53第五章 核桃剥壳机导向装置的虚拟设计53-65 5.1 虚拟设计53-54 5.2 虚拟设计的相关软件54-56
5.2.1 UG软件的功能和特点54-55
5.2.2 ADAMS软件的功能和特点55-56 5.3 核桃的导向性分析56-58
5.3.1 一级导向槽的导向分析57-58
5.3.2 二级导向槽的导向分析58 5.4 核桃导向装置的UG三维模型设计58-60 5.5 Adams导向试验分析60-64
5.5.1 Adams运动仿真平台60
5.5.2 UG与ADAMS/View之间的图形数据交换60
5.5.3 仿真分析60-64 5.6 本章小结64-65第六章 核桃剥壳机主要部件虚拟设计65-81 6.1 核桃剥壳机械的研究重点65-66 6.2 核桃破壳装置66-68
6.2.1 双辊式破壳装置66
6.2.2 平板挤压式破壳装置66-67
6.2.3 圆盘式破壳装置67
6.2.4 冲压式破壳装置67-68 6.3 总体结构设计68-79
6.3.1 总体结构设计的基本要求68-69
6.3.2 工作原理69
6.3.3 动力传动69
6.3.4 减速器设计69-73
6.3.5 调节装置设计73-74
6.3.6 破壳装置设计74-76
6.3.7 导向装置设计76
6.3.8 机架设计76-78
6.3.9 剥壳机主要部件装配关系图78-79 6.4 本章小结79-81第七章 总结81-85 7.1 总结81-82 7.2 工作中存在的问题82-85致谢85-87参考文献87-93附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文与专利93-95附录B 核桃的参数和程序95-109
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