齿啮式快开压力容器在医疗、建材、造纸等行业中的应用时常发生安全事故，影响产品制造效果，为此，为了打造安全性、可靠性工作环境，需在齿啮式快开压力容器使用过程中，借助ANSYS软件，建构压力容器参数化模型
以下为本篇论文正文：
摘要
在齿啮式快开压力容器的使用过程中时常发生事故问题，为了延长齿啮式快开压力容器使用寿命，应通过有限元分析方法，总结齿啮式快开压力容器疲劳寿命，达到精准性、可靠性疲劳寿命分析状态，本文从齿啮式快开压力容器相关标准分析入手，并详细阐述了其疲劳分析的具体步骤。
关键词：有限元；压力容器；疲劳
目录
摘要
关键词
1齿啮式快开压力容器相关标准
2齿啮式快开压力容器疲劳的有限元分析
2.1ANSYS疲劳分析模块理论
2.2模型建立
2.3疲劳分析步骤和结果
3结语
参考文献
齿啮式快开压力容器在使用过程中与其他压力容器相比，具有适用压力范围广、承压能力强、启闭快的优势特点，因此，被广泛应用于医疗、石油、食品等行业生产中。而其在工作期间，主要通过齿啮式快开装置的运行，然后，借助齿间的错开和啮合，达到启闭目的。同时，在启闭操作过程中，为了达到稳定性运行效果，需由卡箍承担轴向力，而齿与齿间接触面负责对轴向力的传递，因此，齿啮式快开压力容器的抗疲劳能力计算较为复杂。
1齿啮式快开压力容器相关标准
在2016事故调研活动中发现，由快开门压力容器所引起的安全事故达到了7起，占总体事故的24%,因此，在齿啮式快开压力容器操作过程中，为了有效发挥其承压能力强、适用压力范围广等优势，需严格遵从其相关标准。而就当前的现状来看，齿啮式快开压力容器主要分为带平封头和带凸形封头两种类型，其中，前者更为适用于高压和超高压工作环境中，而后者适用于低压和中压工作环境中，同时，带凸形封头齿啮式快开压力容器的应用，要求相关工作人员在容器实践操作过程中，应遵从相关标准，将工作压力控制在0.8-6.4MPa之间，而工作温度保持在200℃，就此达到最佳的容器制造效果[1].此外，为了预防齿啮式快开压力容器故障问题，国内外领域针对齿啮式快开装置运行特点制定了相关法律法规和政策，如，日本工作标准JISB8284-1993《压力容器快速开关盖装置》、苏联《蒸压釜的容许工作压力计算》、我国的GB150-1998《钢制压力容器》中的“卡箍紧固结构”计算方法等。即齿啮式快开压力容器相关标准的制定要求食品、建材、纺织、造纸等行业在容器应用期间，可遵从设计标准，提高压力容器整体抗疲劳寿命，且降低容器成本，达到最佳的产品生产状态。
2齿啮式快开压力容器疲劳的有限元分析
2.1ANSYS疲劳分析模块理论
为了实现对齿啮式快开压力容器疲劳断裂等问题的控制，需在压力容器使用过程中针对其疲劳状况进行分析。而ANSYS疲劳分析模块，即将Miner累积疲劳求和法则、弹塑性假设作为理论依据，然后，参照ASME规范，计算疲劳分析数据。随后，待有限元模型系数确定的基础上，设置相关模型参数，如，事件和事件上的荷载，并存储对应位置应力，定义不同位置的相应应力集中系数，同时，确定各个已知事件的比例系数。最后，允许使用者在ANSYS疲劳模型分析过程中，输入宏指令或者第三方程序，而后，计算疲劳结果[2].例如，在某齿啮式快开压力容器疲劳状况分析过程中为了保证分析结果精准性、可靠性，即针对该压力容器性能参数进行了调研，获知，该容器由法兰、圆筒体、卡箍、平封头等结构组成，工作压力保持在19MPa,而在水压试验中，设定表压数值为24MPa,试验次数为5次，且试验期间温度为50℃，疲劳循环次数为20000次，筒体材料为16MnR,最终通过ANSYS疲劳分析模型对其疲劳计算结果进行了分析，建立了分析模型。
2.2模型建立
在模型建立过程中为了满足疲劳分析要求，保持模型结构为对称性。但由于在建模期间，结构不连续，将于筒体端部位置产生边缘应力。因此，依据板壳理论，即如若圆筒长度大于2.5√Rt,其中，R表示圆筒半径，t表示圆筒壁厚，那么ANSYS边缘应力可不计入疲劳计算结果中。因此，在实践模型构建过程中，为了精准化实际计算结果，将圆筒长度设定为大于2.5√Rt.
在疲劳分析模型处理过程中，为了清晰化呈现疲劳状况，通过实体单元Solid95对模型进行网格划分，同时，由于在模型初始状态中，注重保持上下两齿面间紧密性，即不存在间隙，然后，在加载期间，开始在两齿面产生相对滑动或者嵌入现象，即发生面-面接触问题。因此，在疲劳分析过程中注重建立面-面接触模型，将CONTA174作为接触单元，TARGE170作为目标单元[3].同时，假设接触面积符合库伦摩擦定律，且当其超过库伦摩擦定律时，即开始产生相对滑动现象。此外，在ANSYS分析过程中，为了计算疲劳结果，亦注重采取人为设计方式，将其等效剪应力取值为σ3/√3,其中，σ3表示材料屈服强度。
从广义轴对称理论角度来看，由于齿啮式快开压力容器中的四个结构，因此，在有限元模型分析中，注重在筒体下端面施加轴向位移约束，由此满足疲劳分析条件，达到最佳的疲劳分析状态。
2.3疲劳分析步骤和结果
在齿啮式快开压力容器的有限元分析中，其分析步骤和结果主要体现在以下几个方面：
第一，从齿啮式快开压力容器应力云图即可看出，模型最大应力可达到393MPa,同时，最大应力分布于齿根处。因此，参照应力分析结果，可在ANSYS疲劳计算过程中，设定前提条件，同时，借助APDL语言，输入相应的疲劳计算命令，进入疲劳计算流程中，即：
/POST1!进入后处理器
RESRME,……！设定位置
FTSIZE,……！定义疲劳特性参数FP,STITM,……！设定疲劳分析中S-N值和Sm-T值
……！
*LIST!查看结果
从本次平封头齿啮式快开压力容器疲劳分析结果即可看出，其节点应力为0.7,即小于1,因此，该压力容器疲劳寿命合格[4].
第二，在ANSYS疲劳分析结果获知的基础上，为了保障疲劳分析结果精准性、可靠性，参照JB4732-1995标准，对疲劳累积损伤效应进行了进一步计算，同时，在累积疲劳效应实际计算过程中，注重将压力容器分为工作循环和水压试验循环两种情况，而后获知，正常工作循环时其使用系数为0.76,水压试验循环时使用系数为0.77,即计算结果非常相近，因此，可判断ANSYS软件疲劳分析结果正确，该压力容器可投入到正常工作环境中。
从以上的分析中即可看出，疲劳寿命分析工作的实施，与齿啮式快开压力容器稳定、安全运行息息相关，为此，应提高对疲劳分析环节的重视。
3结语
综上可知，齿啮式快开压力容器在医疗、建材、造纸等行业中的应用时常发生安全事故，影响产品制造效果，为此，为了打造安全性、可靠性工作环境，需在齿啮式快开压力容器使用过程中，借助ANSYS软件，建构压力容器参数化模型，同时，站在有限元分析法的角度，探究容器疲劳强度，且依据ANSYS软件分析结果，预测某一个压力容器疲劳寿命，提高容器使用效率，并保证压力容器使用安全性，从根本上规避疲劳断裂等问题的凸显，发挥其工程价值。
参考文献
[1]肖琼，陈峰。基于有限元的齿啮式快开容器的整体式卡箍设计[J].武汉职业技术学院学报，2015,11（01）：70-72+80.
[2]张静，王琦，刘少忠等。齿啮式快开压力容器径向齿宽有限元分析[J].化工机械，2015,12（04）：544-547.
[3]丁培丽，董金善，何慧慧等。齿啮式快开压力容器参数化系统开发与应用[J].机械设计与制造，2013,12（04）：98-100.
[4]王兴文，董金善，王学明等。整体相连齿啮式快开结构强度分析及优化设计[J].机械强度，2016,13（03）：640-644.
