文摘：對(duì)于制冷壓力容器異型件的設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法往往無(wú)法解決。通過(guò)有限元分析方法或驗(yàn)證性試驗(yàn)的有效結(jié)合，可以方便有效地完成異形件的設(shè)計(jì)，并給出了具體的應(yīng)用方法。實(shí)例表明，兩種設(shè)計(jì)方法的結(jié)合縮短了設(shè)計(jì)周期，降低了設(shè)計(jì)成本。對(duì)從事制冷壓力容器行業(yè)的設(shè)計(jì)人員具有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：制冷壓力容器；驗(yàn)證性試驗(yàn)；異形件；有限元分析

中電通th49號(hào)文件標(biāo)識(shí)碼甲條2095-6363（2016）06-0211-02

經(jīng)過(guò)多年的設(shè)計(jì)實(shí)踐，總結(jié)出一套合理有效的設(shè)計(jì)思路。通過(guò)上述兩種設(shè)計(jì)方法的有效結(jié)合，在保證零件安全性能的基礎(chǔ)上，避免了單獨(dú)使用上述兩種設(shè)計(jì)方法的局限性和缺點(diǎn)。具體思路是通過(guò)有限元分析法確定初始靶厚，然后根據(jù)初始靶厚制作驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)樣品，再利用驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證，得到準(zhǔn)確的小靶厚。本文以制冷壓力容器領(lǐng)域中冷凝器的特殊形狀部件dn550頂蓋（如圖1所示）為例，采用有限元分析方法和基于SolidWorks仿真的驗(yàn)證性試驗(yàn)方法相結(jié)合，成功地確定了頂蓋的小厚度。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，有限元分析是一種計(jì)算方法，是求解一系列場(chǎng)問(wèn)題偏微分方程的數(shù)值方法。目前，有限元分析方法已廣泛應(yīng)用于機(jī)械工程領(lǐng)域。適用于各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力分析、應(yīng)變分析、位移分析和疲勞分析。

SolidWorks仿真是一個(gè)集成在SolidWorks中的基于有限元的分析插件。通過(guò)SolidWorks仿真，普通的設(shè)計(jì)人員無(wú)需經(jīng)過(guò)專門的培訓(xùn)就可以進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，快速得到分析結(jié)果。同時(shí)，在設(shè)計(jì)仿真的集成界面中方便地對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改和優(yōu)化，從而大大縮短設(shè)計(jì)周期，節(jié)省人力物力，降低設(shè)計(jì)成本，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

dn550頂蓋設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。根據(jù)已知的帽頭結(jié)構(gòu)尺寸（如圖1所示）和預(yù)先設(shè)定的厚度尺寸8mm，用SolidWorks繪制帽頭三維模型。

1） 定義新的計(jì)算示例：默認(rèn)情況下，計(jì)算示例的名稱為“計(jì)算示例1”。由于冷凝器運(yùn)行時(shí)頂蓋處于靜態(tài)，因此計(jì)算示例類型為“靜態(tài)”。

2） 增加夾具：對(duì)24個(gè)螺栓孔增加一個(gè)“固定幾何”約束，用于模擬頂蓋與凝汽器其他部件的連接狀態(tài)。

3） 生成網(wǎng)格：選擇生成網(wǎng)格，網(wǎng)格因子使用默認(rèn)的中等密度網(wǎng)格。在SolidWorks仿真分析過(guò)程中，大多數(shù)情況下采用默認(rèn)的網(wǎng)格設(shè)置，不僅可以使離散化誤差保持在可接受的水平，而且可以使計(jì)算時(shí)間小化。

執(zhí)行“運(yùn)行”命令，SolidWorks simulation自動(dòng)計(jì)算并生成von Mises應(yīng)力1、位移1、應(yīng)變1圖。然后對(duì)其應(yīng)力和安全系數(shù)進(jìn)行了分析和處理。

一般情況下，預(yù)設(shè)定厚度不是結(jié)果，模型數(shù)據(jù)需要多次修改，需要重復(fù)上述分析過(guò)程，直到得到合格的、經(jīng)濟(jì)的結(jié)果，才能確定后期驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)所需的目標(biāo)厚度。根據(jù)分析，從有限元分析的角度來(lái)看，Q345R材質(zhì)的帽頭小厚度為8mm?？勺鳛橄乱徊津?yàn)證性實(shí)驗(yàn)的靶厚。

根據(jù)上述有限元分析結(jié)果確定的dn550瓶蓋靶厚，制作了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)樣品。

首先，采用有限元分析方法作為輔助設(shè)計(jì)，限度地縮小靶厚范圍，為下一步的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)方法提供參考。然后，根據(jù)有限元分析方法確定的靶板厚度，制作驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)樣品。通過(guò)兩種設(shè)計(jì)方法的綜合應(yīng)用，終完成了異形件dn550瓶蓋的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，確定了瓶蓋的小厚度。

這兩種設(shè)計(jì)方法的有效結(jié)合，充分利用了彼此的優(yōu)缺點(diǎn)，在修改和操作中充分利用了計(jì)算機(jī)軟硬件的先進(jìn)性，快速確定了目標(biāo)厚度，為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的成功提供了有力的支持。在保證零件安全性能的基礎(chǔ)上，提高了驗(yàn)證試驗(yàn)的成功率，縮短了設(shè)計(jì)周期，節(jié)約了人力物力，降低了設(shè)計(jì)成本。