关 键 词：

900 立方米 天然 气球 设计 全套 CAD 说明书 开题 报告 翻译 版本

资源描述：

900立方米天然气球罐设计（全套CAD图+说明书+开题报告+翻译）（版本1）,900,立方米,天然,气球,设计,全套,CAD,说明书,开题,报告,翻译,版本

内容简介：

英文论文资料翻译大型球罐中喷嘴的单锥整体锻造加强件的优化摘要：基于“分析设计”的原则和尽量减少质量为目标，在一个被设定的准等强度标准推导出的压力限制下，结构优化研究被应用于大型球罐中喷嘴的单锥整体锻造加强件。其中，APDL（ANSYS的参数化设计语言）和OPT（优化工具）用于有限元模型参数和优化的建立。在参数方面，第二轮优化的重点是锻造半径和量纲半径曲线的确定，确定下来可以帮助设计者。关键词：准等强度标准 分析设计 球罐 加强件 优化1.介绍整体锻造加强件通常用于大型球罐的喷嘴，然而用于储存液化石油气、乙烯、丙稀、液化氮、氧气、液化天然气和城市煤气的大型球罐一般储存压力小于4MPa，但最大尺寸内径达到26800mm，容积达到10000。 因此，它们总被认为是大型薄壁容器并按此规则设计。当按规则利用均等区域法设计整体锻造加强件时，很难确定加强范围。对于小喷嘴的情况，偶然会遇到指定有效范围的加强区域不充分。设计者增加了喷嘴的厚度，以增加有效范围，其中可包括更多加强区域。实际上，喷嘴跟球壳连接区的应力分布相对复杂。开始的部分和位移协议都关注应力集中。对于大型球壳的喷嘴，连续应力衰减区域是相当大的，有效加强范围不应该被等区域加强法的规定所限制。此外，像过渡半径作为结构特点一样，整体锻造加强件的加强区分布满足“分析设计”守则，这种加强件可从“分析设计”的角度被设计和优化。在本文中，大型球罐喷嘴的单锥整体锻造加强件优化的目的是从“分析设计”的角度获得最小的锻造尺寸和满足应力强度校核。2.整体锻造加强件的尺寸和其初始值的确定图1为单锥整体锻造加强件的说明图，主要尺寸是锻造高度H，锻造半径R，内部和外部的过渡半径，圆锥角。它们的初始值可以根据“分析设计”守则确定，通过下面实例说明。球罐内半径=7100mm，厚度=50mm，喷嘴内半径=200mm，厚度=9mm，设计压力P=2.1MPa，设计温度t=50。球罐和锻件的材料分别为16MnR和16Mn。设计应力强度分别为=173Mpa、=163MPa。弹性模量E=,泊松比。加强件是跟球壳的焊接接头，焊缝系数为1.0。焊缝分布如图1所示。图1 锻造加强件的草图根据守则，内部和外部的过渡半径应分别在和（0.51.0），在优化过程中它们的范围扩大到和（0.351.1） 。圆锥角应当在1045。锻件半径R可根据“替代开放加固法”所描述的有效加强区确定，如图2所示。图2 有效加强区域锻件高度H是一个独立的设计变量，它可通过锻件半径和圆锥角确定。加强件的边缘厚度比球壳厚2mm。从而确定尺寸如下：R=500mm,=25mm,=40mm,=30 。3.整体锻造加强件的优化设计在ANSYS里利用APDL语言，有限元分析的参数模型被确定，在OPT的帮助下实现优化。3.1有限元分析模型轴对称有限元模型采用应力分析如图3所示，其中包括球壳锻件的焊缝形态，而且考虑到应力衰减，球壳和喷嘴两个都在经向被足够长的模拟。8节点的平面82被用于网格模型。喷嘴顶端的轴向位移被限制，等价表面载荷P1应用于球壳的切削末端，以模拟封闭球罐。P1表示如下：图3 有限元分析模型示意图3.2基于“分析设计”观点中准等强度标准的优化模型准等强度标准在“分析设计”观点中对于这类结构的优化设计是很有效的。假设球壳的一次膜应力强度系数此处，为球壳的一般一次膜应力强度。上面的例子中的值是0.912。如图4所示，应力强度校核有七个路径确定。路径由APDL确定，用来寻找颈部区域内外表面最大应力强度点及它在对面表面连接到最近的节点。膜应力、弯曲应力和峰值应力通过ANSYS中等效线性化进程可以很容易地得到。根据球壳喷嘴的结构和载荷特性，膜应力应当被列为一次局部薄膜应力，弯曲应力作为二次应力。图4 应力校核路径示意图因此，局部薄膜应力强度系数一次和二次应力强度系数根据“分析设计”观点中准等强度的标准，应力强度系数应符合下列关系：因此，优化模型依下列各项被建立：（1） 设计变量：.（2） 限制条件： （3） 目标：锻件的经向区被取为目标，它可以呈现锻件的质量，并且能够通过ANSYS的*get命令获得。3.3优化方法用ANSYS中的子近似方法来解决问题。它仅需要因变量的值而非它们的导数，并可以被描述为一个先进的零阶方法。最小二乘拟合曲线近似于实际目标和每个优化循环里的状态函数。ANSYS程序考虑到强加的限制通过增加补偿到目标函数近似值，将一个有约束的问题转换为没有约束的问题。寻求无约束目标函数的近似值的最小值是通过在每一次迭代中采用一种连续无约束最小化技术实现的。3.4优化结果对于上面的例子，优化结果如下： 应力强度分布线如图5所示。相对于初步层面的结构，从消除的最低受压区准等强度标准的意义上说，优化后应力更均匀，并且在球壳锻件焊缝附近易裂纹的位置应力水平下降。优化后在规定路径的应力强度系数如表1所示。它显示了压力限制的满意结果。（a）优化前（b）优化后图5 应力强度分布线表1 优化后的应力强度系数4.整体锻造加强件优化的参数研究下面的参数是用来研究整体锻造加强件的优化的。球壳内径为4600mm,6100mm,7100mm,9200mm,10700mm,12300mm,14200mm,15700mm,18000mm,19700mm,21200mm,22600mm,24600mm,26800mm；喷嘴公称直径为80mm,100mm,150mm,200mm,250mm,300mm,350mm,400mm,450mm,500mm,600mm;储存压力为0.8MPa,2.1MPa,4.0Mpa。取2.1MPa的作为例子，第一轮优化表明圆锥角，内部外部过渡半径跟球壳厚度的比值 ，对于不同的球壳和喷嘴尺寸它们的变化不是很大。因此，在第二轮优化中这三个尺寸被均分并保持不变以确定最主要的尺寸锻件半径R。均值从而确定如下：通过第二轮优化算出量纲锻件半径 ，如图6所示，与喷嘴半径跟球壳半径的比值有关。图6 和的关系图6的数据是拟合的曲线，产生下列公式y表示 ,x表示 。拟合参数： 拟合参数的标准差分别为0.0106，0.2724，0.0001，0.2029，0.0008。置信水平95%和置信系数1.96，取1.96倍的标准差作为置信限值，获得如下的上限公式：从而确定曲线如图7显示，它表明的值与的值成反比，这是符合文献2的分析结果的。此外，设计压力越高，要求的值越大。图7 量纲曲线5.结论基于“分析设计”的原则和尽量减少质量为目标，在一个被设定的准等强度标准推导出的压力限制下，结构优化研究被应用于大型球罐中喷嘴的单锥整体锻造加强件。其中，APDL（ANSYS的参数化设计语言）和OPT（优化工具）是用于有限元模型参数和优化的建立。由参数方面，第二轮优化的重点是锻造半径和量纲半径曲线的确定，制定出来可以帮助设计者。参考资料1 于广艳，优化设计与整体锻造加强件的计算.压力容器，2002，19（11）：26-28（中文）2 高炳军，吴云龙，王洪海，等.关于大型球罐开孔补强件的讨论.化工机械，2003，30（6）：331-334（中文）3 JB4732-95，钢制压力容器-分析设计标准4 ASME，锅炉和压力容器规范，美国机械工程师学会，纽约.2004高炳军，杜亚飞，刘红艳，等.基于准等强度规则的压力容器间断区的优化设计.机械强度杂志.（中文）摘要：球形储罐是一种常见的、基础简单、设计方便、应用广泛的有压存储容器。此次天然气球罐的总体设计分为设计选材和结构设计。球罐壳体材料选用国产Q345R，它具有良好的焊接性能,能较好的保证球罐的焊接质量；球罐的结构设计包含了球壳的设计、支柱与拉杆的设计以及球罐附件的设计。计算部分是本次天然气球罐设计中的重点，也是难点，它分为球罐结构排板计算和强度计算。球罐采用混合式结构，排板计算出各板块的尺寸是对球罐结构的具体确定；强度计算中需要对球罐进行校核，校核包括支柱稳定性校核、支柱与球壳连接校核；设计中各部分校核都必须合格，从而保障设计的科学合理性。 完成了球罐各部分的计算之后，参照相关的标准对球罐附件进行选用和设置。待球罐各组成部分都确定了，最后，制定球罐的焊接及制造工艺，对各部件进行焊接组装。本次设计的天然气球罐，由于天然气是一种易燃易爆的气体，其储存容器必须是无渗漏。因而，在设计中还必须严格对球罐进行压力试验和气密性试验。试验都必须合格，这样，设计的球罐猜符合要求，才能保证球罐的使用安全。关键词：球壳；支柱；拉杆；强度计算；试验Abstract:Spherical tank is a common and simple, convenient and widely design pressure storage containers. The overall design of the gas discharge into the selection and design of structure design. Spherical shell material, it has good Q345R homebred the welding performance, can better ensure welding quality of spherical, Structure design of spherical shell contains the ball with the design and the design and spherical tension. Design of attachmentPart of this gas discharge is calculated in the design emphasis and difficulty, it is divided into spherical plate structure strength calculation and row. Using hybrid structure, row spherical plate is calculated for each plate size is specific and affirmatory; the structure of spherical Strength calculation of spherical, need checking including pillar stability checking, pillar connecting check with spherical shell, Design of every part of checking must be qualified to guarantee the design of scientific rationality.Complete all parts of the spherical calculation, by referring to the relevant standards for discharge attachments for selection and Settings. For each component is quenched, finally, make sure the sphere of welding and manufacturing process, welding assembly of parts.The design of the gas discharge due to natural gas is a kind of inflammable and explosive gas, its storage containers must be no leakage. Therefore, in the design of spherical must strictly gas-tight test and stress test. Test must be qualified, so, the design of spherical guess accords with a requirement, to ensure the safe use of quenched.Keywords: spherical shell, Pillar, Bars, Strength calculation, test目 录引言11 球罐的设计参数22 球罐设计方案22.1 设计选材及材料要求22.1.1 设计选材22.1.2 材料要求32.2 设计方案的确定42.2.1 球壳设计42.2.2 支座结构设计53 结构设计63.1 混合式结构排板的计算63.1.1 极板尺寸计算73.1.2 赤道板尺寸计算143.2 人孔结构和接管结构设计153.3 坡口设计163.4 球罐的附件选择164 球壳强度计算184.1 球壳壁厚的确定184.1.1 计算压力184.1.2 球壳各带厚度184.1.3 试验压力校核194.2 球罐质量计算204.3 风载荷计算214.4 地震载荷计算214.4.1 自振周期214.4.2 地震力224.5 弯矩计算224.6 支柱计算234.6.1 单个支柱的垂直载荷234.6.2 组合载荷244.6.3 单个支柱弯矩244.6.4 支柱稳定性校核264.7 地脚螺栓计算274.7.1 拉杆作用在支柱上的水平力274.7.2 支柱底板与基础的摩擦力274.7.3 地脚螺栓的选取284.8 支柱底板284.8.1 支柱底板直径284.8.2 底板厚度294.9 拉杆计算294.9.1 拉杆螺纹小径的计算294.9.2 拉杆连接部位的计算304.10 支柱与球壳连接最低点a的应力校核324.10.1 a点的剪切应力324.10.2 a点的纬向应力334.10.3 a点的应力校核334.11 支柱与球壳连接焊缝的强度校核345 制造、组装及试验345.1 球壳板下料、成型及运输345.2 组装355.2.1 组焊定位块365.2.2 球罐赤道板的组装365.2.3 上极带板的组装375.2.4 下极带板的组装375.3 焊接375.4 无损检测385.5 焊后整体热处理385.6 压力试验和气密性试验40英文论文资料翻译41结束语54参考文献56谢 辞57摘要：球形储罐是一种常见的、基础简单、设计方便、应用广泛的有压存储容器。此次天然气球罐的总体设计分为设计选材和结构设计。球罐壳体材料选用国产Q345R，它具有良好的焊接性能,能较好的保证球罐的焊接质量；球罐的结构设计包含了球壳的设计、支柱与拉杆的设计以及球罐附件的设计。计算部分是本次天然气球罐设计中的重点，也是难点，它分为球罐结构排板计算和强度计算。球罐采用混合式结构，排板计算出各板块的尺寸是对球罐结构的具体确定；强度计算中需要对球罐进行校核，校核包括支柱稳定性校核、支柱与球壳连接校核；设计中各部分校核都必须合格，从而保障设计的科学合理性。 完成了球罐各部分的计算之后，参照相关的标准对球罐附件进行选用和设置。待球罐各组成部分都确定了，最后，制定球罐的焊接及制造工艺，对各部件进行焊接组装。本次设计的天然气球罐，由于天然气是一种易燃易爆的气体，其储存容器必须是无渗漏。因而，在设计中还必须严格对球罐进行压力试验和气密性试验。试验都必须合格，这样，设计的球罐猜符合要求，才能保证球罐的使用安全。关键词：球壳；支柱；拉杆；强度计算；试验Abstract:Spherical tank is a common and simple, convenient and widely design pressure storage containers. The overall design of the gas discharge into the selection and design of structure design. Spherical shell material, it has good Q345R homebred the welding performance, can better ensure welding quality of spherical, Structure design of spherical shell contains the ball with the design and the design and spherical tension. Design of attachmentPart of this gas discharge is calculated in the design emphasis and difficulty, it is divided into spherical plate structure strength calculation and row. Using hybrid structure, row spherical plate is calculated for each plate size is specific and affirmatory; the structure of spherical Strength calculation of spherical, need checking including pillar stability checking, pillar connecting check with spherical shell, Design of every part of checking must be qualified to guarantee the design of scientific rationality.Complete all parts of the spherical calculation, by referring to the relevant standards for discharge attachments for selection and Settings. For each component is quenched, finally, make sure the sphere of welding and manufacturing process, welding assembly of parts.The design of the gas discharge due to natural gas is a kind of inflammable and explosive gas, its storage containers must be no leakage. Therefore, in the design of spherical must strictly gas-tight test and stress test. Test must be qualified, so, the design of spherical guess accords with a requirement, to ensure the safe use of quenched.Keywords: spherical shell, Pillar, Bars, Strength calculation, test目 录引言11 球罐的设计参数22 球罐设计方案22.1 设计选材及材料要求22.1.1 设计选材22.1.2 材料要求32.2 设计方案的确定42.2.1 球壳设计42.2.2 支座结构设计53 结构设计63.1 混合式结构排板的计算63.1.1 极板尺寸计算73.1.2 赤道板尺寸计算143.2 人孔结构和接管结构设计153.3 坡口设计163.4 球罐的附件选择164 球壳强度计算184.1 球壳壁厚的确定184.1.1 计算压力184.1.2 球壳各带厚度184.1.3 试验压力校核194.2 球罐质量计算204.3 风载荷计算214.4 地震载荷计算214.4.1 自振周期214.4.2 地震力224.5 弯矩计算224.6 支柱计算234.6.1 单个支柱的垂直载荷234.6.2 组合载荷244.6.3 单个支柱弯矩244.6.4 支柱稳定性校核264.7 地脚螺栓计算274.7.1 拉杆作用在支柱上的水平力274.7.2 支柱底板与基础的摩擦力274.7.3 地脚螺栓的选取284.8 支柱底板284.8.1 支柱底板直径284.8.2 底板厚度294.9 拉杆计算294.9.1 拉杆螺纹小径的计算294.9.2 拉杆连接部位的计算304.10 支柱与球壳连接最低点a的应力校核324.10.1 a点的剪切应力324.10.2 a点的纬向应力334.10.3 a点的应力校核334.11 支柱与球壳连接焊缝的强度校核345 制造、组装及试验345.1 球壳板下料、成型及运输345.2 组装355.2.1 组焊定位块365.2.2 球罐赤道板的组装365.2.3 上极带板的组装375.2.4 下极带板的组装375.3 焊接375.4 无损检测385.5 焊后整体热处理385.6 压力试验和气密性试验40英文论文资料翻译41结束语54参考文献56谢 辞57引言近年来，我国在石油化工、合成氨、城市燃气的建设中，大型化球形容器得到了广泛应用。例如：在石油、化工、冶金、城市煤气等工程中，球形容器被用于储存各种气体等物料；总之，随着工业的发展，球形容器的适用范围越来越广泛。由于球形容器多数作为优雅储存容器，故又称球形储罐，简称球罐。球罐外体呈球形。是贮存和运输各种气体、液体、液化气体的一种有效、经济的压力容器。在化工、石油、炼油、造船及城市煤气工业等领域大量应用。与圆筒形容器相比其主要优点是：球形储罐壳体受力均匀；在同样壁厚条件下，球型容器的薄膜应力仅为圆筒形容器环向应力的一半，球罐的承载能力最高，在相同内压条件下，球形容器所需要壁厚仅为相同直径、材料的圆筒形容器壁厚的1/2（不考虑腐蚀裕度）；在相同容积条件下，球形容器的表面积最小，质量轻，由于壁厚、表面积小等原因，一般要比圆筒形容器节约30%40%的钢材，故其制造成本低，经济效益高。因此液化石油气球罐作为一种高效的类存储容器，在我国得到了广泛的使用。此次设计的是900m3天然气球罐，通过运用设计标准、规范，查阅了手册、图册及相关技术资料，从而进行球罐的选材设计、结构设计、球壳排板计算、强度计算及校核，并完成图样绘制以及说明书的书写，最后是对设计的修改完善。本次毕业设计是对我们大学四年来所学知识的一个综合与总结，通过设计，我们将大学所学的基础以及专业都知识温习应用了一遍，这有利于我们更好的掌握所学的知识。在设计实践中，我们对于一般的工程设计有了一个全局性的认识，开阔了视野。通过运用设计标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料去进行理论计算、结构思考、绘制图样、写相关说明性材料，培养加强了我们在化工设备及机械设计方面的基本技能，并锻炼提高了我们分析和解决生产实际问题的能力，树立了较为正确的设计思想，为我们走上工作岗位或继续深造打下坚实的基础。1 球罐的设计参数 此次球罐设计的介质为以甲烷为主要组分的天然气，操作温度40，工作压力为1.6MPa，由压力容器安全技术监察规程知设计压力1.7MPa；罐体腐蚀裕量取1mm、单位充装量0.65Kg/ m3 ，作为气体，充装系数取1.0。该设备工作地点为湖南省长沙市，查钢制球形储罐GB12337-1998确定其风压、雪压值，具体设计条件如下：公称容积：900m3 存储介质：天然气（甲烷）物料密度：=0.65Kg/ m3设计压力：P=1.7MPa设计温度：40球壳内直径：=11981mm充装系数：k=1.0地震设防烈度：8度基本风压值：=450N/ m2基本雪压值：q=350N/m2 球罐建造场地：II类场地土、近震、B类地区2 球罐设计方案2.1 设计选材及材料要求2.1.1 设计选材 球罐是压力容器的一种结构形式，因而在选用材料上的基本要求方面与压力容器相同。球罐用钢的选择原则是在满足强度要求的前提下，应保证有良好的成形性、优良的焊接性能、足够好的缺口韧性值和长期可靠的使用性能。基于以上准则以及经济性，选材如下：900m3 天然气球罐球壳材料采用Q345R，球壳板材Q345R厚度大于20mm应逐张超声检测，符合JB/T4730-2005规定III级合格；人孔、接管采用锻件16MnIII；支柱选用符合GB8163的20#钢管；焊条采用E5015（J507），应具有质量证明书，包括熔敷金属的化学成分、力学性能、扩散氢含量；焊丝和焊剂应与所施焊的钢种匹配，分别符合GB/T8110、GB/T10045、GB/T12470、GB/T 14957、GB/T 14958和GB/T 5293的有关规定，保护用二氧化碳和氩气应分别符合GB/T6052和GB/T4842的有关规定。螺栓和螺母无特殊要求的均使用Q235-A号钢，调质，取试样做拉伸试验和冲击试验，结果不合格时，应从同一毛坯上再取两个拉伸试样进行复验，测定全部三项性能。2.1.2 材料要求球罐制造所用主体材料为Q345R和16MnIII，下料前板材Q345R符合GB6654-96标准，逐张超声波检测，标准III级要求，使用状态：正火，并进行0度冲击试验；锻件符合JB/T4726-2000标准，III级合格。主体材料的化学成分和力学性能如下：表2.1 主体材料的化学成分化学元素16Mn锻件,%Q345R钢板,%C0.130.19Si0.200.600.55 Mn1.201.601.201.60PSNiCrCu表2.2 主体材料的力学性能检验项目16Mn锻件Q345R钢板45060050063027（三个试样平均值）34（0三个试样平均值）硬度试验，HB121-1782.2 设计方案的确定2.2.1 球壳设计根据球罐容积为900，换算得球壳内直径11981mm，按GB/T17261球形储罐基本参数标准采用混合式三带排板，分别为上极、赤道带、下极（见图2.1）。图2.1 球罐表2.3 球壳各板参数序号各带球心角块数纵焊缝长（m）环缝长（m）焊缝总长（m）1上极：112.5743.6431.28262.642赤道带：67.51631.283下极：112.5743.642.2.2 支座结构设计支柱选用钢管，支柱8根。支柱与球壳的连接按GB12337-1998选用的是赤道正切柱式支撑。赤道正切柱式支柱结构的特点是：正切结构是由多根圆柱状的支柱在球壳赤道部位等距离布置，与球壳相切或近似相切（相割）而焊接起来。支柱支撑着球罐的重量，为承受风载荷和地震载荷，保证球罐稳定性，在支柱之间设置拉杆相连接。这种支座的优点是受力均匀，弹性好，能承受热膨胀的变形，安装方便，施工简单，容易调整，现场操作和检修也方便，且适用于多种规格的球罐。基于以上考虑，本球罐上支柱结构采用赤道正切柱式支柱结构。 图2.2 支柱 图2.3 单层交叉可调式拉杆支柱与球壳的链接采用无垫板结构，因为有垫板结构在低合金高强钢的施焊中由于易产生裂纹，探伤检查有困难。支柱上设置通气口，这是出于安全防火的需要，一旦遇到火灾，支柱内的气体会急剧膨胀，压力迅速升高，短时间内造成支柱爆裂，球罐倒塌，为避免此类情况发生，所以在支柱上设置通气口。作为液化天然气球罐，设置防火层，防火层选用耐热性和保温性能好的水泥层或涂耐火涂料。拉杆结构采用单层交叉可调式拉杆，因拉杆是作为承受风载荷及地震载荷的部件，可增加球罐的稳定性而设置。而可调式拉杆使用可调螺母链接，课调节拉杆的松紧度。3 结构设计3.1 混合式结构排板的计算符号说明：R球罐半径，mm;N赤道带分瓣数；赤道带周向球心角，（）；赤道带球心角，（）；极中板球心角，（）；极侧板球心角，（）；极边板球心角，（）。3.1.1 极板尺寸计算图2.5 极板弦长:弧长:弦长:弧长:弦长:弧长:对角线弦长与弧长的最大间距： 极中板尺寸计算图2.6 极中板对角线弦长与弧长的最大间距：弧长:弦长:弧长:弦长:弦长:弧长:弦长:弧长:弦长:弧长: 极侧板尺寸计算图2.7 极侧板弦长:弧长:弦长:弧长:弧长:弦长:弧长:弦长:弦长:弧长:上列式中:A、H同前： 极边板尺寸计算图2.8 极边板弧长:弦长:弦长:弧长:弧长:弦长:弧长:弦长:弦长：弧长：弧长：弦长：上列式中：H、 同前。3.1.2 赤道板尺寸计算 图2.5 赤道板弧长弦长: 弧长:弦长:弧长:弦长:弦长:弧长:3.2 人孔结构和接管结构设计球罐的人孔是操作人员进出球灌进行检验及维修用的；在现场焊需要进行焊后整体热处理的球罐，人孔又成为进风、燃烧口及烟气排出烟囱用。因此人孔直径的选定必须考虑操作人员携带工具进出球罐方便，以及热处理时工艺气流对截面的要求。本球罐上设计有两个人孔，分别在上、下极带的中心。上下人孔选用DN500回转盖带颈对焊法兰的人孔，密封面采用凹凸面形式，补强采用整体锻件凸缘补强。采用整体锻件凸缘补强，既保证因为开孔削弱的强度得到充分补强，节省材料，且避免了补强处壁厚的突变，降低了应力集中程度。图2.9 上人孔由于本球罐有各种不同接管，有：放空阀接管、安全阀接管、温度计接管、排污口接管、压力表接管、远程压力表接管等。与球壳想焊的接管选用与球壳相同的材料Q345R。为了提高接管处的安全性，球罐所有接管采取厚壁管补强，其中，人孔采用整体锻件凸缘补强。接管的配管法兰面应处于垂直状态，接管补强与球壳的连接应使厚壁管的轴线垂直于球体开孔表面（即补强管轴线通过球心），这样做可避免焊接的咬边、未焊透、椭圆孔和打磨困难等缺陷，确保焊接的质量。3.3 坡口设计球壳都是由球片焊接而成的，因此焊接坡口的设计师保证球罐质量的重要环节。为了便于施工、便于检验、焊缝有足够的强度又经济合理。焊缝系数采用=1，由于球壳的厚度=34mm，采用不对称X形坡口。图2.4 球壳对接坡口3.4 球罐的附件选择球罐除球壳板及零部件外，通常还有附件。附件包括压力表、温度计、液位计、安全阀、紧急切断阀、接地。安全附件的设计、选择如下：（1） 压力表：为了测量容器内压力，球罐设置了压力表。考虑到压力表由于某种原因而发生故障，或由于仪表检查而取出等情况，在球壳的上部和下部各设一个压力表，同时，在压力表前安装截止阀，以便在仪表校对可以取下压力表。选用压力表的规格为：YA-150压力表04MPa，精度1.5级。（2） 温度计：上下两个温度计，型号为：温度计WS-71,插入深度250mm。（3） 液位计：装设现场和远传液位计，且有高低位报警装置和带联锁的高液位报警，以免发生事故。因直径较大，而液位计的规格有一定的规格，故此次选用两个型号为HG/T21584-1995磁性液位计UZ4.0M-6000-0.6AF304/A作为现场液位计。（4） 安全阀：因介质的原因必须设置两个安全阀，每个都能满足事故状态下最大泄放量的要求。型号为：CA42F-25安全阀DN150开启压力1.7MPa，数量2个。具体计算如下：a) 容器安全泄放量（WSI）： 式中：为天然气密度0.65kg/ 为天然气进口管的流速30m/s d为压力容器进口管内径100mmb) 单个DN100安全阀排气能力：整定压力：出口侧压力：排放压力（绝压）：气体绝热系数，查表得：k=C：气体特征系数，查表：C=348K：安全阀额定泄放系数，按全启式安全阀取K=0.65A：安全阀的最小排气面积：安全阀阀座喉部直径，DN100喉径为65mmM：气体摩尔质量：M=24kg/kmolT：泄放装置进口侧气体的温度：T=273+40=313KZ：气体的压缩系数取1.0结论： 两个DN100安全阀满足设计要求。（5） 接地：设置两个接地电阻为10的接地板，材料为1Cr18Ni9。（6） 梯子平台现场配作。4 球壳强度计算赤道正切式球罐的强度计算，包括球壳、支柱、拉杆和各连接部位的应力及球壳开孔补强的设计计算，并由此确定球罐各部分的几何尺寸。本节将对上述几个方面进行计算和校核。4.1 球壳壁厚的确定4.1.1 计算压力计算压力式中：设计压力p=1.7MPa 为介质静压力 物料密度 =0.65Kg/ m3因为介质为气体，密度小，介质静压力可忽略不计，故球壳各带的计算压力为设计压力，=1.7MPa。4.1.2 球壳各带厚度 根据，式中：球壳内直径 =11981mm 设计温度下球壳材料Q345R的许用应力查表得焊缝系数=1.0厚度附加量按 (钢材厚度负偏差=0mm；腐蚀裕量1.0mm)，故各带：根据以上计算结果，取各带球壳板的名义厚度均为：4.1.3 试验压力校核水压试验压力：式中：P=1.7MPa =163MPa压力试验前校核球壳应力： 球壳有效厚度按应满足下列条件：液压试验时，；式中：球壳材料在试验温度下的常温屈服点，查表得=305MPa， 焊缝系数=1.0即：=193.9MPa，结论：水压试验合格。4.2 球罐质量计算球壳平均中径： =12015mm球壳材料密度： =7850Kg/m3充装系数：k=1.0水的密度： =1000Kg/m3物料密度： =0.65Kg/ m3球壳外直径： =12049mm地震设防烈度：8度基本雪压值：q=350N/m2 球面积雪系数： =0.4球壳质量：物料质量：液压试验时液体（水）的质量：积雪质量：保温层质量：（无保温）支柱、拉杆及附件的质量：操作状态下的球罐质量： =120983+585+1626+0+19605 =142799Kg液压试验状态下的球罐质量： 球罐最小质量： =120983Kg+19605Kg =140588Kg4.3 风载荷计算风载体形系数：系数查表：（按GB 12337-1998表17选取）风振系数： 基本风压值：支柱底板底面至球壳中心的距离：风压高度变化系数查表得：（按GB 12337-1998表17选取）球壳附件增大系数：球罐的水平风力： =2.9274.4 地震载荷计算4.4.1 自振周期支柱底板底面至球壳中心的距离：支柱数目：n=8支柱材料Q345R钢的常温弹性模量：支柱外直径：支柱内直径：支柱横截面惯性矩:支柱底板底面至拉杆中心线与支柱中心线交点处的距离： l=5600mm拉杆影响系数:球罐可视为一个单质点体系，其基本自振周期： =0.5064s4.4.2 地震力综合影响系数：地震影响系数的最大值，查表得：特征周期，按场地土类别II类及近震查表：对应于自振周期T的地震影响系数：球罐的水平地震力：4.5 弯矩计算取（）与较大值： 故：L为力臂：L=所以最大弯矩：4.6 支柱计算4.6.1 单个支柱的垂直载荷 支柱的重力载荷操作状态下的重力载荷： 液压试验状态下的重力载荷： 支柱的垂直载荷最大值支柱中心圆半径：最大弯矩对支柱产生的垂直载荷的最大值： 拉杆作用在支柱上的垂直载荷的最大值：以上两力之和的最大值： =4.6.2 组合载荷操作状态下支柱的最大垂直载荷： 液压试验状态下支柱的最大垂直载荷:=4.6.3 单个支柱弯矩 偏心弯矩操作状态下赤道线的液柱高度：液压试验状态下赤道线的液柱高度：操作状态下物料在赤道线的液柱静压力：液压试验状态下液体在赤道线的液柱静压力： =0.06MPa球壳的有效厚度：操作状态下的球壳赤道线的薄膜应力:液压试验状态下球壳赤道线的薄膜应力:球壳内半径：球壳材料的泊松比：球壳材料Q345R弹性模量：操作状态下支柱的偏心弯矩:液压试验状态下支柱的偏心弯矩: 附加弯矩操作状态下支柱的附加弯矩: 液压试验状态下支柱的附加弯矩: 总弯矩操作状态下支柱总弯矩:液压试验状态下支柱的总弯矩: 4.6.4 支柱稳定性校核单个支柱的横截面积：支柱的惯性半径：支柱长细比： 式中，计算长度系数=1。支柱换算长细比:支柱材料Q345R钢的常温常压屈服点：弯矩作用平面内的轴心受压支柱稳定系数：(查GB 12337-1998表23)等效弯矩系数：截面塑性发展系数：单个支柱的截面系数:欧拉临界力:支柱材料的许用应力：操作状态下支柱的稳定性校核： 液压试验状态下支柱的稳定性校核： 结论：稳定性校核合格。4.7 地脚螺栓计算4.7.1 拉杆作用在支柱上的水平力拉杆和支柱间的夹角：拉杆作用在支柱上的水平力:4.7.2 支柱底板与基础的摩擦力支柱地板与基础的摩擦系数：支柱底板与基础的摩擦力：4.7.3 地脚螺栓的选取因，则球罐不需设置地脚螺栓，但为了固定球罐位置，应设置地脚螺栓。每个支柱上的地脚螺栓个数：结论：选取M30的地脚螺栓。4.8 支柱底板图4.1 支柱底板4.8.1 支柱底板直径基础采用钢筋混凝土，其许用应力：地脚螺栓直径：d=30mm支柱底板直径取下列两式中的较大值：选取底板直径4.8.2 底板厚度底板的压应力：底板外边缘至支柱外表面的距离：底板材料Q245R的常温屈服点：底板材料的许用弯曲应力：底板的腐蚀裕量： 。支柱底板厚度：结论：选取底板厚度 。4.9 拉杆计算4.9.1 拉杆螺纹小径的计算拉杆的最大拉力:上式中，拉杆和支柱间的夹角。拉杆材料选用Q245R钢，其常温屈服点，查表：拉杆材料的许用应力：拉杆的腐蚀裕量： 拉杆螺纹小径： 结论：选取拉杆的螺纹公称直径为M30。4.9.2 拉杆连接部位的计算 销子直径销子直径:式中，销子材料选用Q245R钢，其常温屈服点： 销子的许用应力：结论：选取销子的直径为25mm。 耳板厚度式中：耳板材料选用Q245R钢，其常温屈服点： 耳板材料的许用压应力：结论：选取耳板厚度为18mm。 翼板厚度式中：耳板材料的常温屈服点： 翼板材料的常温屈服点：结论：选取翼板厚度为10mm。 连接焊缝强度校核1）耳板与支柱的焊缝A（见图七）所承受的剪切应力：图4.2 支柱与拉杆的连接式中：A焊缝单边长度：A焊缝焊脚尺寸： 支柱或耳板材料常温屈服点的较小值： 角焊缝系数：;焊缝的许用剪切应力：2)耳板与支柱的焊缝A所承受的剪切应力： 式中：B焊缝单边长度：; B焊缝焊脚尺寸：; 拉杆或翼板材料常温屈服点的较小值：; 角焊缝系数：取;焊缝的许用剪应力：结论：焊缝强度合格。4.10 支柱与球壳连接最低点a的应力校核图4.3 支柱与球壳的连接支柱与球壳板连接最低点（a点）是一个薄弱环节，此点的应力必须进行应力校核。目前，主要用GB12337-1998中a点应力的计算公式来计算横托板下表面a点的应力。4.10.1 a点的剪切应力支柱与球壳连接焊缝单边的弧长：球壳a点处的有效厚度：操作状态下a点剪切应力：液压试验状态下a点剪切应力， 式中：支柱与球壳连接焊缝单边的弧长： 球壳a点处的有效厚度：4.10.2 a点的纬向应力操作状态下a点的液柱高度：;液压试验状态下物料在a点的液柱高度：;操作状态下物料在a点的液柱静压力：液压试验状态下液体（水）在a点的液柱静压力：操作状态下a点的纬向应力：液压试验状态下a点的纬向应力：4.10.3 a点的应力校核操作状态下a点的组合应力:液压试验状态下a点的组合应力：应力校核：a点的组合应力满足：式中，为试验温度下球壳材料的屈服点。结论：校核合格。4.11 支柱与球壳连接焊缝的强度校核支柱与球壳连接焊缝所承受的剪切应力:式中：W取和两者之中的较大者，其中： 所以： 支柱与球壳连接焊缝焊角尺寸：S=10mm支柱与球壳连接焊缝的许用剪切应力:其中：支柱或球壳材料屈服点的较小值： 角焊缝系数：取；应力校核： 校核合格。5 制造、组装及试验5.1 球壳板下料、成型及运输a）按零件图编制下料排版图，并进行材料标记；b）每块球壳板均不得拼接且表面不允许存在裂纹、气泡、结疤、折叠、和夹杂等缺陷，球壳板不得有分层；c）球壳的实际厚度不得小于名义厚度减钢板负偏差；d）上水压机冷压成型，并用一次样板检查，任意部位间隙小于等于2.0mm，不允许存在包边及皱边；e）按二次样板划切割线，样冲标识切割线。沿切割线切割球壳，对接坡口形式及尺寸按图，气割要求表面平滑，粗糙度25un；平面度B1.0mm，熔渣及氧化皮应清除干净，坡口表面不得存在夹渣、分层、裂纹等缺陷；f)对每块球壳板坡口周边100mm范围内全面积检测，符合JB/T4730-2005标准III合格；g）测厚：不小于35.50mm；h）对球壳板进行总检：球壳板长度方向弦长公差，宽度方向弦长，对角线公差； 图5.1 赤道板尺寸 图5.2 极边板尺寸i）坡口表面应平滑，表面粗糙度小于等于25，机器内、外表面50mm范围内涂可焊性涂料；j）球壳板运输时，需根据球片曲率制作运输包装架，防止球壳板运输变形。5.2 组装按图清点各零部件，复验其主要尺寸，标志清楚齐全。5.2.1 组焊定位块定位块在球壳板吊装前焊完，焊接前应画出焊接位置，确保全部球壳板定位块的一一对应和调整卡具使用合适，允许偏差。内脚手脚及外防护棚的搭设。球罐内部用无缝钢管和1 1/2有缝钢管组成伞形架；外部与防护棚共同形成罐外操作平台。为保证伞形架的稳定，在不影响球罐安装的情况下，在其顶部和底部分别用钢丝绳和型钢固定。图5.3 支柱安装示意图5.2.2 球罐赤道板的组装球罐赤道板的组装采用插入法，具体步骤如下： a)赤道带板应在安装前在板中划出中心线，以保证安装时赤道板处于一个水平度，按排版图吊装带支柱的赤道板，用钢丝绳牵引，准确就位，使座板十字中心线和柱底板十字中心线吻合。采取临时固定措施，防止倾倒，安装柱间拉杆，调整支柱垂直度，以利于相邻赤道板的组装，且有利于控制支柱最终垂直度。 b)吊装其它赤道板，安装组装夹具进行固定，根据球壳板复检计算调整间隙、错边、棱角度、端口水平度。 c)组对成环后，按技术要求进行检查、调整，重点注意调整上、下环口的椭圆度和周长，以利于上、下极带的组装，且在支柱下端用水准仪测出各支柱的水准线，以便检查，调整赤道线水平度。5.2.3 上极带板的组装上极带板起吊就位时，壳板上端用组装夹具与赤道带上端连接，壳板下端用倒链钩挂在伞形架上，调节球台高度和下口直径，待组装完毕后拆除。5.2.4 下极带板的组装 下极带板起吊就位时，球壳板下端用组装夹具与赤道带板下端连接，壳板上端用倒链钩挂在伞形架上，调节球台高度和下口直径，待组装完毕后拆除。5.3 焊接球罐壳体及壳体与各接管锻件焊接选用低氢碱性焊条E5015(J507)，壳体施焊前应打磨，将坡口表面和两侧至少20mm范围内的油污、水分及其他有害杂质清除干净。该壳体采用双面焊对接焊缝，单侧焊接后应进行背面清根，清根时应将定位焊的溶附金属清除掉，清根后的坡口形状、宽窄应一致。焊后须立即进行热后消氢处理，后热温度宜为200-250，后热时间应为0.5-1小时。焊后球壳两极间净距与球壳设计内直径之差和赤道截面的最大内直径与最小内直径之差小于80mm。焊缝表面不得有裂纹、咬边、气孔、弧坑和夹渣等缺陷，并不得保留有熔渣与飞溅物。对接后焊缝余高不得大于3mm。立柱与球壳的角焊缝采用E4315(J427)，焊缝应圆滑过渡至母材的几何形状。图5.4 单面坡口及双面坡口当施焊环境出现下列任一情况，且无有效防护措施时，禁止施焊：a） 雨天及雪天；b） 手工焊时风速超过8m/s，气体保护焊时风速超过2m/s；c） 环境温度在-5C以下；d） 相对湿度在90%以上。注：焊接环境的温度和相对湿度应在距球罐表面500-1000mm处测得。5.4 无损检测 无损检测要求对接焊缝焊后应进行100%的射线检测+100%超声检测+100%磁粉检测，射线和磁粉检测按JB/T4730-2005压力容器无损检测的II级为合格，超声检测按JB/T4730-2005得I级为合格。水压试验后，球壳上所有焊缝应进行20%磁粉，符合JB/T4730-2005标准规定，II级合格。从事球罐无损检测的人员，必须持有劳动部门颁发的有效期内相应项目的锅炉压力容器无损检测人员技术等级鉴定证书，取得相应项目级以上证书的人员方可填写和签发检验报告。焊缝表面的形状尺寸及外观检查合格后，方可进行无损检测。5.5 焊后整体热处理焊后热处理的主要目的是为了消除存在于球罐上由于组装焊接造成的残余应力，并改善焊接接头性能，特别是提高整体球罐抗脆性断裂和抗应力腐蚀的能力，同时能稳定结构形状与尺寸，改善并使淬火组织软化，细化晶粒，从而改善焊接接头的性能，降低硬度，提高塑性及断裂韧度，提高疲劳强度，提高应力腐蚀能力，避免延迟裂纹的产生。我国规定：“厚度大于30mm的Q345R钢制球壳应在压力试验之前进行焊后整体热处理”，故设计要求进行焊后整体热处理。另人孔凸缘与球壳的对接接头焊后立即进行消氢处理。 图5.3 900球罐的焊后热处理工艺 目前，国内外针对球罐焊后整体热处理的施工方法有很多种，此次选择应用较为普遍和安全的电加热法和燃油法（内部燃烧法）。 加热以内燃法为主，同时采用电加热方式辅助加热，以保证热处理效果。此外，在结构上做了一些调整，采用在球罐外部包裹保温材料，内部进行加热及将下人孔布置居中、球罐里面的上部加上挡热板，保证采用火焰加热进行整体热处理时球壳受热均匀；在支柱底板下面，设计热处理垫板，保证了在进行热处理时支柱的移动。在支柱底板上开长圆孔，使得整个滑动体系中存在两个滑动面。 提供同材质、同规格、同批号、同坡口形式的球罐试板各六块（并富有各项检验合格证或抄件），拼成三对，其中立焊、横焊、平角仰焊各一对。 试板要求：试板焊接工艺与球壳焊接工艺相同，试板焊缝经外观检查合格后，应进行100%RT+100%UT检测，符合JB/T4730-2005规定，RT II级，UT I级合格，并随同球罐同时进行热处理，然后进行机械性能检验。5.6 压力试验和气密性试验 压力试验用5以上的清洁水，注满水时，应将空气排尽，试验过程中应保持球罐外表面干燥。在罐顶和罐底各装一个经校核合格且精度不低于1.5级的表盘直径150mm的压力表，其量程为04MPa，压力以罐顶读数为准，试验压力：2.13MPa。试验时，压力应缓慢上升，升至试验压力的50%时保持15分钟，对球罐的所有焊缝和连接部位进行渗漏检查，确认无渗漏后继续升压，当压力升至试验压力的90%时，保持15分钟，检查确认无渗漏后继续升压。当压力升至试验压力时，保持30分钟，然后将压力降至设计压力，进行检查，以无渗漏为合格。水压试验完毕后，应将水排尽，用压缩空气将罐内吹干。 15的干燥洁净空气，压力表和其安装要求同压力试验，气密性试验的压力应为：1.7MPa。 试验要求：a) 试验时，压力应缓慢上升，上升至试验压力的50%时，保持10分钟，然后对球罐的所有焊缝和连接部位进行渗漏检查，确认无渗漏后升压；b) 压力升至试验压力时，保持10分钟，检查以无渗漏为合格。英文论文资料翻译大型球罐中喷嘴的单锥整体锻造加强件的优化摘要：基于“分析设计”的原则和尽量减少质量为目标，在一个被设定的准等强度标准推导出的压力限制下，结构优化研究被应用于大型球罐中喷嘴的单锥整体锻造加强件。其中，APDL（ANSYS的参数化设计语言）和OPT（优化工具）用于有限元模型参数和优化的建立。在参数方面，第二轮优化的重点是锻造半径和量纲半径曲线的确定，确定下来可以帮助设计者。关键词：准等强度标准 分析设计 球罐 加强件 优化1.介绍整体锻造加强件通常用于大型球罐的喷嘴，然而用于储存液化石油气、乙烯、丙稀、液化氮、氧气、液化天然气和城市煤气的大型球罐一般储存压力小于4MPa，但最大尺寸内径达到26800mm，容积达到10000。 因此，它们总被认为是大型薄壁容器并按此规则设计。当按规则利用均等区域法设计整体锻造加强件时，很难确定加强范围。对于小喷嘴的情况，偶然会遇到指定有效范围的加强区域不充分。设计者增加了喷嘴的厚度，以增加有效范围，其中可包括更多加强区域。实际上，喷嘴跟球壳连接区的应力分布相对复杂。开始的部分和位移协议都关注应力集中。对于大型球壳的喷嘴，连续应力衰减区域是相当大的，有效加强范围不应该被等区域加强法的规定所限制。此外，像过渡半径作为结构特点一样，整体锻造加强件的加强区分布满足“分析设计”守则，这种加强件可从“分析设计”的角度被设计和优化。在本文中，大型球罐喷嘴的单锥整体锻造加强件优化的目的是从“分析设计”的角度获得最小的锻造尺寸和满足应力强度校核。2.整体锻造加强件的尺寸和其初始值的确定图1为单锥整体锻造加强件的说明图，主要尺寸是锻造高度H，锻造半径R，内部和外部的过渡半径，圆锥角。它们的初始值可以根据“分析设计”守则确定，通过下面实例说明。球罐内半径=7100mm，厚度=50mm，喷嘴内半径=200mm，厚度=9mm，设计压力P=2.1MPa，设计温度t=50。球罐和锻件的材料分别为16MnR和16Mn。设计应力强度分别为=173Mpa、=163MPa。弹性模量E=,泊松比。加强件是跟球壳的焊接接头，焊缝系数为1.0。焊缝分布如图1所示。图1 锻造加强件的草图根据守则，内部和外部的过渡半径应分别在和（0.51.0），在优化过程中它们的范围扩大到和（0.351.1） 。圆锥角应当在1045。锻件半径R可根据“替代开放加固法”所描述的有效加强区确定，如图2所示。图2 有效加强区域锻件高度H是一个独立的设计变量，它可通过锻件半径和圆锥角确定。加强件的边缘厚度比球壳厚2mm。从而确定尺寸如下：R=500mm,=25mm,=40mm,=30 。3.整体锻造加强件的优化设计在ANSYS里利用APDL语言，有限元分析的参数模型被确定，在OPT的帮助下实现优化。3.1有限元分析模型轴对称有限元模型采用应力分析如图3所示，其中包括球壳锻件的焊缝形态，而且考虑到应力衰减，球壳和喷嘴两个都在经向被足够长的模拟。8节点的平面82被用于网格模型。喷嘴顶端的轴向位移被限制，等价表面载荷P1应用于球壳的切削末端，以模拟封闭球罐。P1表示如下：图3 有限元分析模型示意图3.2基于“分析设计”观点中准等强度标准的优化模型准等强度标准在“分析设计”观点中对于这类结构的优化设计是很有效的。假设球壳的一次膜应力强度系数此处，为球壳的一般一次膜应力强度。上面的例子中的值是0.912。如图4所示，应力强度校核有七个路径确定。路径由APDL确定，用来寻找颈部区域内外表面最大应力强度点及它在对面表面连接到最近的节点。膜应力、弯曲应力和峰值应力通过ANSYS中等效线性化进程可以很容易地得到。根据球壳喷嘴的结构和载荷特性，膜应力应当被列为一次局部薄膜应力，弯曲应力作为二次应力。图4 应力校核路径示意图因此，局部薄膜应力强度系数一次和二次应力强度系数根据“分析设计”观点中准等强度的标准，应力强度系数应符合下列关系：因此，优化模型依下列各项被建立：（1） 设计变量：.（2） 限制条件： （3） 目标：锻件的经向区被取为目标，它可以呈现锻件的质量，并且能够通过ANSYS的*get命令获得。3.3优化方法用ANSYS中的子近似方法来解决问题。它仅需要因变量的值而非它们的导数，并可以被描述为一个先进的零阶方法。最小二乘拟合曲线近似于实际目标和每个优化循环里的状态函数。ANSYS程序考虑到强加的限制通过增加补偿到目标函数近似值，将一个有约束的问题转换为没有约束的问题。寻求无约束目标函数的近似值的最小值是通过在每一次迭代中采用一种连续无约束最小化技术实现的。3.4优化结果对于上面的例子，优化结果如下： 应力强度分布线如图5所示。相对于初步层面的结构，从消除的最低受压区准等强度标准的意义上说，优化后应力更均匀，并且在球壳锻件焊缝附近易裂纹的位置应力水平下降。优化后在规定路径的应力强度系数如表1所示。它显示了压力限制的满意结果。（a）优化前（b）优化后图5 应力强度分布线表1 优化后的应力强度系数4.整体锻造加强件优化的参数研究下面的参数是用来研究整体锻造加强件的优化的。球壳内径为4600mm,6100mm,7100mm,9200mm,10700mm,12300mm,14200mm,15700mm,18000mm,19700mm,21200mm,22600mm,24600mm,26800mm；喷嘴公称直径为80mm,100mm,150mm,200mm,250mm,300mm,350mm,400mm,450mm,500mm,600mm;储存压力为0.8MPa,2.1MPa,4.0Mpa。取2.1MPa的作为例子，第一轮优化表明圆锥角，内部外部过渡半径跟球壳厚度的比值 ，对于不同的球壳和喷嘴尺寸它们的变化不是很大。因此，在第二轮优化中这三个尺寸被均分并保持不变以确定最主要的尺寸锻件半径R。均值从而确定如下：通过第二轮优化算出量纲锻件半径 ，如图6所示，与喷嘴半径跟球壳半径的比值有关。图6 和的关系图6的数据是拟合的曲线，产生下列公式y表示 ,x表示 。拟合参数： 拟合参数的标准差分别为0.0106，0.2724，0.0001，0.2029，0.0008。置信水平95%和置信系数1.96，取1.96倍的标准差作为置信限值，获得如下的上限公式：从而确定曲线如图7显示，它表明的值与的值成反比，这是符合文献2的分析结果的。此外，设计压力越高，要求的值越大。图7 量纲曲线5.结论基于“分析设计”的原则和尽量减少质量为目标，在一个被设定的准等强度标准推导出的压力限制下，结构优化研究被应用于大型球罐中喷嘴的单锥整体锻造加强件。其中，APDL（ANSYS的参数化设计语言）和OPT（优化工具）是用于有限元模型参数和优化的建立。由参数方面，第二轮优化的重点是锻造半径和量纲半径曲线的确定，制定出来可以帮助设计者。参考资料1 于广艳，优化设计与整体锻造加强件的计算.压力容器，2002，19（11）：26-28（中文）2 高炳军，吴云龙，王洪海，等.关于大型球罐开孔补强件的讨论.化工机械，2003，30（6）：331-334（中文）3 JB4732-95，钢制压力容器-分析设计标准4 ASME，锅炉和压力容器规范，美国机械工程师学会，纽约.2004高炳军，杜亚飞，刘红艳，等.基于准等强度规则的压力容器间断区的优化设计.机械强度杂志.（中文）结束语首先对钢板的化学成分提出了比较严格的要求，严格控制