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筒子染色机染缸的有限元分析

  筒子染色机是一种纱线染色机,通过循环泵控制染液在染缸内的循环流动来对纱锭进行染色。其主要由染缸、纱架、循环泵、热交换装置和控制系统组成,其中染缸是由缸盖和缸身组成的一种齿啮式快开压力容器。作为筒子染色机的主要承压结构,染缸的安全可靠性受到结构设计、制造、工艺、原材料性能、管理以及工作环境等多方面因素的影响。缸盖的快开结构和缸身封头作为染缸的两个关键承压部件,对染缸的安全可靠性起着决定性作用。本文以GF241XL-21型筒子染色机染缸为研究对象,利用理论分析和有限元仿真相结合的方法,研究染缸快开结构啮合部位的受力和接触情况,并对碟形封头进行参数化建模和可靠性优化设计,以此提高筒子染色机的安全性和可靠性。

  论文的主要工作如下:首先,概述了论文的研究背景和意义,介绍了压力容器的分类、用途和设计要求,分析了压力容器的主要失效情况,综述了压力容器的设计方法以及国内外研究现状,介绍了压力容器设计的基础理论,提出了本文的主要研究内容。其次,介绍了染缸的材料要求和计算工况等,确定了该染缸的材料以及计算所需的相关参数;建立了染缸缸盖快开结构的啮合接触力学模型,并基于此模型分析了快开结构的应力分布;依据压力容器设计和计算的相关标准,对理论计算结果进行了判定,符合设计规范要求。第三,介绍了有限元软件ANSYS进行接触分析的步骤和方法;利用ANSYSWorkbench软件建立快开结构啮合部位的有限元接触模型,并对模型进行了仿真分析;确定了快开结构的危险截面,并对危险截面处的应力进行等效线性化处理,筒子染色机根据压力容器的应力分类方法进行了校核;研究了啮合接触过程中的接触状态和滑移情况,为齿啮式快开结构的设计提供了依据。第四,针对染缸缸身部分的承压元件碟形封头,设计了碟形封头的结构尺寸;采用ANSYSWorkbench软件对其进行参数化建模和有限元分析;通过灵敏度分析得到了影响其等效应力和总变形的关键参数,利用实验数据法和多目标驱动优化方法对封头的结构尺寸进行了优化设计;建立了考虑应力和变形相关性的可靠性计算模型,运用6西格玛设计准则和拉丁超立方体抽样方法,得到了大等效应力和总变形的概率分布,得出了优化前后封头的可靠度,表明优化后可靠度有明显提高。

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