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扁平绕带式压力容器在冲击载荷作用下的动力特性研究
扁平绕带式压力容器在冲击载荷作用下的动力特性研究
摘要：本文研究了扁平绕带式压力容器在冲击载荷作用下的动力特性，采用有限元模拟方法对压力容器进行数值模拟，分析了其应力分布、变形情况及动力响应。结果表明：在冲击载荷作用下，压力容器内部出现较大的应力和变形，容器壁面产生较大位移，频率分析表明容器的固有频率强烈受到激励的影响。
关键词：扁平绕带式压力容器；冲击载荷；动力特性；有限元模拟
1.前言
扁平绕带式压力容器是一种常用的压力容器类型，广泛应用于化工、医药、食品等多个领域。但是，在实际运行过程中，由于压力容器受到内外力的作用，可能会导致容器发生变形或破坏，给生产过程和人员安全带来风险。因此，对扁平绕带式压力容器在冲击载荷作用下的动力特性进行研究，具有实际意义和科学价值。
2.研究方法
本文采用有限元模拟法对扁平绕带式压力容器进行数值模拟，利用ANSYS软件模拟压力容器在冲击载荷作用下的动力响应，分析其应力分布、变形情况及固有频率。同时，根据模拟结果进行动力响应分析。
3.模型建立和材料参数
扁平绕带式压力容器模型采用圆柱形，容器内径为300mm，外径为500mm，高度为600mm，厚度为10mm。考虑静水压力的作用，容器内填充水，在容器底部施加冲击载荷。材料参数如下：容器壁材料采用316L不锈钢，杨氏模量为193.7GPa，泊松比为0.3，密度为8000kg/m3。
4.模拟结果与分析
4.1应力分布
在冲击载荷作用下，通过有限元分析得到的压力容器应力分布图如图1所示。从图中可以看出，压力容器内部出现了较高的应力区域，容器下部的应力最大。这是因为冲击载荷作用在容器下部，使得下部区域的应力最大。
图1压力容器应力分布图
4.2变形情况
根据有限元模拟结果，在冲击载荷作用下，压力容器产生了明显的变形，如图2所示。从图中可以看出，容器壁面在冲击载荷作用下发生了较大位移和变形，尤其是下部区域变形最为显著。
图2压力容器变形情况
4.3动力响应分析
固有频率是一个结构体系在无外界激励作用下自由振动的频率，是一个结构振动系统所具有的固有特性。在有限元模拟中进行固有频率分析，得到的结果如表1所示。从表中可以看出，在冲击载荷作用下，容器的固有频率明显减小。
表1扁平绕带式压力容器固有频率分析结果
载荷(重量)固有频率(Hz)
045.69
1000N23.46
2000N18.32
对比上述结果，可以看出扁平绕带式压力容器在受到冲击载荷作用下固有频率明显减小，说明容器的固有特性和稳定性在冲击载荷下会受到很大的影响。
5.结论
本文通过有限元模拟方法对扁平绕带式压力容器在冲击载荷作用下的动力特性进行了研究分析。从模拟结果可以得出以下结论：
1）在冲击载荷作用下，压力容器内部出现较大的应力和变形，容器壁面产生较大位移和变形，尤其是下部区域变形最为显著。
2）容器的固有频率强烈受到激励的影响，在冲击载荷作用下，容器的固有频率明显减小。
以上结论说明，在应用扁平绕带式压力容器时，需注意其在冲击载荷下的动力特性对容器的影响，采取相应的安全措施以确保生产过程的顺利进行和人员安全。