对于耐压壳体而言,不仅要保证强度满足要求,而且要保证其稳定性。有限元分析中的稳定性计算,即屈曲分析,是用于确定结构开始变得不稳定时的临界载荷和屈曲模态形状(结构发生屈曲响应的特征形状)的技术。有限元软件Ansys
workbench提供了线性屈曲分析。线性屈曲分析用于预测一个理想弹性结构的理论屈曲强度,整个分析的过程中,整个结构都是弹性变形,没有非线性的因素。
计算时,所施加的载荷为3MPa,而载荷系数为4.5938,故可得到屈曲临界载荷,即3x4.5938=13.7814
MPa。而其位移最大值为1.26mm,在材料的延伸极限内,故满足稳定性要求、尺寸优化需要定义口标函数、设计约束和变量初始值。耐压壳体优化分析是以质量轻量化为口标,以最大应力不超过216.6MPa(许用应力)为约束条件,以耐压壳体厚度为设计变量,根据经验及应力分布定义其下限为8
mm,上限为10
mm。在Ansys
workbench目标驱动优化中将最大等效应力目标、位移目标及耐压壳体厚度设为小,重要程度为高。
优化后,耐压壳体的强度仍然满足要求,稳定性仅发生微小变化,优化后质量由原来的9.5443kg,减为8.7299kg。通过对比可以发现优化前后,耐压壳体基本保持了初始模型的各项性能,同时重量降低了8.5070。
以耐压壳体质量轻量化为目标,运用有限元分析工具Ansys Workbench对耐压壳体进行了有限元分析及尺寸优化,并对优化后的模型进行了强度及稳定性校核。结果显示,优化后耐压壳体强度及稳定性依然满足设计要求,同时其质量减轻了8.5070,从而达到减轻耐压壳重量、降低成本的目的。
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