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近年來真空冷卻與氣調(diào)保鮮技術(shù)有機結(jié)合，衫譽為21世紀保鮮新技術(shù)。其主要內(nèi)容是由農(nóng)產(chǎn)品的采摘、真空冷卻、氣調(diào)處理、貯藏、運輸?shù)榷鄠�環(huán)節(jié)形成的“冷鏈”組成。該技術(shù)對收獲后的新鮮農(nóng)產(chǎn)品(蔬菜、果品、花卉)的保鮮延長儲存期有著明顯效果，可擴大農(nóng)產(chǎn)品異地調(diào)配范圍，實現(xiàn)不同季節(jié)均衡上市，促進出口創(chuàng)匯，具有明顯的社會經(jīng)濟效益。該保鮮技術(shù)中的一個重要部件是真盛箱。它體積龐大，同時為了抵抗抽真空所導致的壓力，一般采用不銹鋼制成，這樣真空箱在制造和迄輸過程中花費較大。
為了在滿足工作要求的前提下進一步降低產(chǎn)品材料消耗及成本，本研究在對原有真空箱強度分析的基礎上，利用有限元分析方法對真空耗進行了優(yōu)化設計。圖所示是一真空箱，其外形為一長方體，外形尺寸為8900X2836X2648mm，由12mm厚的1Cr18Ni9鋼板作基板和8mm厚的1Cr18Ni9鋼板作加強板焊接而成。在工作過程中，真空箱通過四個支腳固定，其內(nèi)部處于真空狀態(tài)。
由于真空箱使用前，在大約1個小時內(nèi)由常壓抽為真空，因此可以認為真空箱是處于靜載作用下的，外壓p=98466.5Pa，工作時真空箱四個腳固定，這樣其約束采用在四個節(jié)點約束6個自由度。根據(jù)壓力容器的相關(guān)規(guī)范，取安全系數(shù)n=2。真空箱的焊縫強度是一個非常復雜的問題，暫不研究。在有限元模型中把焊接作為一體處理。使用isomesh自動劃分網(wǎng)格，采用quad4網(wǎng)格形式�？紤]建立殼(shell)單元時厚度的不同，以及加載方便，分別以前后基板、左右基板、上下基板和加強板建立四個分組。為使劃分的網(wǎng)格匹配，保證基板、加強板之間的載荷傳遞，采用小塊表面(surface)建立幾何模型，共建立1722個表面。加上邊界條件和材料后，使用Patran2004分前面的分析和設計經(jīng)驗，基板的厚度值范圍限定為5-13mm，加強板的厚度值范圍限定為3-9mm。設計目標是重量最輕，設計約束為Von-Mises應力值在450 MPa，分析中設定循環(huán)次數(shù)為10，實際計算中4次就逼近了設計目標。以基板和加強板的厚度作為設計變量，根據(jù)查看*.f06文件，優(yōu)化的詳細結(jié)果如下：設計變量的值為左右基板厚度為5.0013mm，前后基板厚度為5.0mm，上下基板厚度為5.0004mm、加強板厚度為7.8316mm，經(jīng)過優(yōu)化設計后，真空箱重量由13120Kg減小為7897Kg。
本研究首先對原有的真空箱進行了強度分析，確定其強度有較大裕度。然后在上述分析的基礎上，使用有限元方法以重量為優(yōu)化目標對真空箱進行優(yōu)化設計，并獲得了最小壁厚。同時，真空箱的重量13120Kg降低到7897Kg，減小4000kg，效果比較明顯。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設計│有限元分析│強度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務與解決方案
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