CAD在玻璃钢大型贮罐设计中的应用.pdf

产品?应用 CAD 在玻璃钢大型贮罐设计中的应用 李国树1, 湛爱艳2 (1? 石家庄开发区技源科技有限公司, 石家庄? 050091) (2? 成都中复玻璃钢设备有限公司, 成都? 610107) 摘? 要? 本文以一台直径 10米的玻璃钢大型贮罐的设计为例, 采用专业分析设计软件 FRPCAD 进行选材设计、 结 构设计、 铺层设计, 最终得出优化后的设计结论。分析了在设计过程中采用设计软件的优点及必要性, 指出了玻璃 钢大型贮罐设计的发展方向。 关键词? 玻璃钢大型贮罐; FRPCAD; 设计软件 Application of CAD on the Design of Large FRP Tanks LI Guoshu 1, ZHAN Aiyan2 (1. Shijiazhuang Jiyuan Science FRPCAD; Design software 1 ? 引 ? 言 大型贮罐通常是指直径在 4 米以上, 按照我国 的道路要求无法运输的贮罐。近年来玻璃钢大型贮 罐在化工、 医药、 石油、 造纸等许多行业领域得到用 户认可及广泛应用。但同时玻璃钢大型贮罐的市场 竞争也日趋激烈。 随着计算机技术的飞速发展, 现在可以把计算 机技术与容器设计联系起来, 发挥计算机高速、 精 确、 灵活的特点, 利用计算机完成繁杂的工作。根据 用户的需求对容器进行设计, 将设计准则程序化、 数 据化, 将耐腐蚀数据、 原材料建成数据库, 达到程序 对设计工作的微观控制, 把人的设计思想作为宏观 的控制, 设计者只需要简单的输入几个指令, 计算机 就会完成设计工作。为规范玻璃钢大型贮罐的设 计, 提高设计效率, 石家庄开发区技源科技有限公司 开发了大型贮罐专用设计软件 FRP CADfor On site vessel, 本文主要介绍大型玻璃钢贮罐的设计以及应 用CAD技术进行设计的实例。 2 ? 大型贮罐设计的重点问题 经过走访玻璃钢企业, 很多技术人员认为大型 贮罐设计的重点问题集中在: 选材设计、 封头、 封底 以及罐壁的力学分析设计这些问题上, 如何提高产 品质量以及在产品性能满足使用要求的前提下降低 成本, 成为众多玻璃钢生产厂最关心的问题。 3 ? 应用 CAD 设计软件的必要性 目前大型玻璃钢贮罐的设计大都是由玻璃钢生 产厂负责, 由于玻璃钢企业的技术人员比较缺乏, 设 计水平总体较低, 造成了大型贮罐的设计多是凭经 验或是借鉴其他厂家样本上的壁厚表, 这些都直接 影响了大型玻璃钢贮罐的最终产品质量。 大型玻璃钢贮罐的设计包括材料设计、 工艺铺层 设计、 结构力学设计等, 必须综合, 通过叠代运算才能 得到最终设计结果,目前很多玻璃钢生产厂家还不具 备自主设计的能力。技源大型玻璃钢贮罐设计软件 ( FRP CAD for On site vessel) 是石家庄技源科技有限公 司自主开发的计算机辅助设计软件。利用该软件可 以很方便快捷的进行大型玻璃钢贮罐的设计, 只要输 入设计参数、 商务参数、 原材料及设备参数、 控制参 数, 计算工作均由计算机完成, 直至得到设计结果包 括设计表、 图纸、 计算书、 成本分析等文件。 第 4期14? ? ?纤维复 合材料No?4 2009年 12月FIBERCOMPOSITESDec?, 2009 4 ? 大型贮罐软件设计实例 下面以国内某项目为例说明软件的设计过程, 工程基本设计数据如下: 贮罐公称直径: DN10000mm; 筒体高度: 9000mm 设计压力: 常压; 设计温度: 常温; 工作介质: 10% 盐酸; 进入! 大型容器设计软件 FRPCAD for On site Vessel软件系统, 输入相应的数据。 4. 1 ? 设计输入模块 以窗口形式提示用户输入设计要求, 包括: 商务 参数、 原材料设备参数、 工况参数。 工况参数参数指: 容器直径、 设计压力、 介质等 参数; 商务参数指: 合同号、 加工单位、 图纸号等; 原材料及设备参数指: 内衬树脂、 结构树脂以及 导丝头宽度、 穿纱数、 纱片宽等; 按照软件提示, 将设 计工矿参数输入。见图 1 和图 2。 4. 2? 数据库模块 通过数据库模块对设计所需的数据库进行管 理, 包括耐腐蚀数据、 原材料数据、 法兰标准数据等, 可根据各生产厂的情况进行增加、 删除、 修改等操 作, 见图 3。 4. 3? 计算模块 计算模块包括工艺计算和结构计算两部分, 这 两部分不是简单独立的两个单元, 而是紧密关联、 互 相影响, 自动按用户输入条件进行寻优计算, 从而得 到最优化设计结果。罐顶的设计见图 4, 罐底的设 计见图 5。 4. 4? 设计输出模块 设计结果包括设计表、 图纸、 成本分析、 计算书 四部分, 将设计结果以文件的形式保存, 以方便用户 修改、 查询、 打印等。见图 6。 4. 5? 面向对象的设计 根据各厂的实际生产工艺和设计水平, 可以对 优化后的设计结果进行人工修改, 见图7。 图 1? 设计条件输入界面 4 期李国树等:CAD 在玻璃钢大型贮罐设计中的应用15? ? ? 图 2? 贮罐的几何参数输入 图 3? 腐蚀数据库 16? ? ?纤? 维? 复? 合? 材? 料2009 年 图 4? 罐顶设计 图 5? 罐底设计 4 期李国树等:CAD 在玻璃钢大型贮罐设计中的应用17? ? ? 图 6? 设计输出结果 图 7? 修改铺层界面 18? ? ?纤? 维? 复? 合? 材? 料2009 年 ? ? 通过以上过程可以看到 FRPCAD 设计软件具有 以下优点: ( 1) 操作界面简单 只要简单懂得玻璃钢容器的设计过程, 就可以 很快上手, 只需移动鼠标, 输入要求的设计条件参 数, 马上便可以得到设计结果。而且界面指令全部 为中文, 不存在语言差异, 更有详细的帮助文件, 对 窗口输入也有很多的提示。 ( 2) 丰富的后处理链接 利用 FRP CAD 系统可得到铺层设计表、 管道图 纸、 成本分析以及结构校核计算书, 其中铺层设计 表、 成本分析以及结构校核计算书为 Excel 格式, 方 便用户在设计结果的基础上作一些修改, 而管道图 纸为* . DXF 图形转换格式的文件, 即可在 AutoCAD 中打开, 也可在其他多种能够读取 DXF2000 图形传 输文件的 CAD 电子图版中打开。 ( 3) 面向对象的特色 由于目前玻璃钢生产厂的工艺各式各样, 因此 FRP CAD 系统中留了大量的选择余地, 如: 许用应 变, 针对不同的用途, 其取值范围很大; 接缝工艺各 不相同, 既可选择接缝位置, 又可选择接缝数量。总 之该软件充分考虑了各种厂家的要求, 应当说通用 性很强。 设计完成后, 设计结果会以文件形式保存在指 定目录下, 如果再设计该类型容器时, 用户可以再次 打开进行修改。 ( 4) 耐腐蚀数据库 由于不同的介质选材不同, 用户非常困难选材, 因此我们将不同熟知的腐蚀数据做成数据库, 用户 可以方便的进行查询, 而且还可以增加、 删除、 修改 等操作。 ( 5) 铺层方式灵活多样 为保证设计结果的正确性和合理性, 用户既可 以将铺层习惯输入基准铺层方法, 也可以在计算机 寻优的基础上加以修改, 软件将随时给出设计结果, 用户可以看到在任一种铺层情况下, 容器的性能, 包 括厚度、 许用应变以及当前应变。 5 ? 结 ? 语 综上所述, 我们可以得出以下结论: ( 1) 大型玻璃钢贮罐的设计是一个综合性的工 程, 设计的优劣直接决定了产品的成功与否, 必须充 分利用当今迅速发展起来的计算机技术。测试和分 析技术, 帮助玻璃钢企业更新设计流程、 规范设计程 序、 简化设计步骤, 切实发挥科技第一生产力的作 用。 ( 2) 大型玻璃钢贮罐设计软件( FRPCAD for On site Vessel) 已广泛应用于国内众多玻璃钢制造企业, 并经过了大量的工程实践和严格检验, 得到了广大 用户和业主单位的一致好评。该软件既有效地提高 了制造企业工程技术人员的效率, 又合理有效地帮 助业主和建设单位降低了工程造价, 节约了大量的 社会建设资金。 ( 3) 计算机辅助设计 CAD在玻璃钢行业普及应 用还有很长的路要走, 怎样让众多的玻璃钢企业认 识到应用 CAD的重要性, 如何在新产品开发中发挥 更大的作用需要行业内的有识之士共同努力。进入 新世纪, 信息化、 网络化、 智能化和全球化已经成为 当今全球制造业发展的基本特征。市场要求制造企 业的产品创新更快、 品质更优、 成本更低、 服务更好。 有了! 以信息化带动工业化的大政方针, 相信 CAD 会有广阔的前景。 参? 考? 文? 献 1 ? 袁先成, 李国树, 郭文强. 有限元分析法在烟气脱硫治理工程中 的应用 J . 纤维复合材料, 2009, 26( 3) : 11- 13. 2 ? 张晓兵, 魏喜龙, 宋凌云, 等. 复合材料压力容器基体开裂损伤 的研究 J . 纤维复合材料, 2008, 25( 2) : 7- 10. 3 ? 李德锦, 李俊. 玻璃钢除油罐罐壁发生! 心跳的原因分析及解 决办法 J . 纤维复合材料, 2008, 25( 2) : 20- 21. 4 ? 李国树. 纤维缠绕玻璃钢容器自动设计软件的研制 C? ? 第十 五届玻璃钢? 复合材料学术年会论文集. 北京: 中国硅酸盐学会 玻璃钢学会, 2003:25- 27. 5 ? 许家忠, 尤波, 李文龙. 玻璃钢夹砂管道 CAD? CAM 系统 J . 玻 璃钢? 复合材料, 2007( 2) : 40- 44. 6 ? 刘宁生. 先进的树脂模注工艺仿真软件 RTM- Worx J . 纤 维复合材料, 2005,22( 1) : 40- 42. 7 ? 王增加, 李辅安, 喻俊伟. 纤维缠绕成型的 CAD ? CAM 技术