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直压式超高压处理设备结构改进与可靠性研究

谢东伟  
【摘要】:近些年,超高压技术在食品灭菌、病毒灭活等生物处理领域的研究方兴未艾,对超高压处理设备提出了新的需求。直压式超高压处理设备具有可靠性高、易于实现自动化的优点,但其机械结构往往借鉴自传统液压机,重量和体积有进一步改进的空间。另一方面,随着超高压技术向医用领域推广,对设备可靠性提出了更高要求。本文以某典型直压式超高压设备为对象,探讨直压式超高压设备的结构改进途径和可靠性估计方法。采用ANSYS软件创建了设备承力框架模型,应用有限元方法分析了框架的强度和刚度。仿真结果表明,板框式承力框架的轻量化和体积缩减可以从保证侧板强度和上下横梁刚度两个方面进行考虑。该结论应用于KA200型设备的结构改进,轻量化和体积缩减效果明显。分析了传统热套缩双层开式圆筒压力容器设计方法,并用于盲孔式压力容器的设计,进一步应用有限元对设计结果进行仿真,分析了盲孔式双层热套缩压力容器与开式容器的区别,相应结论可用于实际设备的设计借鉴。采用蒙特卡洛法和响应面法,在确定各个参数化变量的公差范围后,对设备承力框架结构进行了可靠度计算与分析,得到了概率函数分布和参量与自变量的响应面曲线。结果表明:(1)弹性模量和上下横梁厚度对承力框架可靠度影响较大;(2)在最大变形范围内,可靠度数值大于0.99。最后,对焊接框架进行了疲劳分析,确定了承力框架的疲劳寿命模型和中值S-N曲线,得出框架的左右边框肋板处的疲劳特性。


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