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玻璃钢贮罐设计

发布时间:2020-10-07 15:05

  《玻璃钢产品设计》课程任务报告书 项目三 玻璃钢贮罐设计 复材 141 第 13 组 项目负责人: 项目组成员: 起止时间 :2016.3.21--2016.4.4 指导老师 :杨 娟 1 绵阳职业技术学院材料工程系 2014-2015 学年第 2 学期 玻璃钢产品设计 课程任务书 班级 复材 141 部门(组) 第 13 组 任务 项目三 一、任务题目: 任务一:设计任务为 50t 卧式贮罐,贮存质量分数为 50%的硝酸,使用温 度为常温。 任务二:设计条件 贮罐直径 D=3.5m,高 H=7m;罐顶为锥形顶盖,锥 体母线 ?;罐底为平底,直接安装在基础平面上,罐体 内液体密度ρ l=1.2t/m3。贮罐顶均匀雪荷载 p=400N/m2,风压 W=300N/m2, 无地震。玻璃钢材料的拉伸强度=140Mpa,安全系数 K=10。 二、任务内容和要求: (1)内容及要求: 1. 通过查阅资料选择贮罐各层所用的原材料; 2. 分析已知条件,初步确定贮罐结构尺寸; 3. 通过对贮罐受力分析,确定设计贮罐筒体壁厚; 4. 确定封头、支座壁厚,宽度等参数。 (2)任务报告要求 任务报告内容包括封面、任务书、正文、总结(收获体会) 、参考文献。 任务报告统一用 A4 纸打印, 版面边距上空 2.5cm, 下空 2cm, 左空 2.5cm, 右空 2cm; 正文用宋体小四号字;页码底端居中,小五号字;行间距:固定值 19 磅。 (3)进度要求: 任务下达日期: 任务完成日期: (4)其它要求 各组成员必须服从组长安排,积极配合、认真完成下达任务并按时提交任务报告。 2016 年 3 月 21 日 2016 年 4 月 4 日 2 任务一:设计任务为 50t 卧式贮罐,贮存质量分数为 50%的硝酸,使用温度为常温。 一、选择贮罐各层所用的原材料 (1)内表层: 其功能是抵抗介质腐蚀,是防腐蚀结构的主要组成部分。其制造方法有两 种。一是用玻璃纤维表面毡、有机纤维表面毡或其他增强材料的富树脂层,要求含胶量达 到 90%左右,其厚度为 0.25mm—0.5mm。二是采用热塑性塑料,如聚氯乙烯或橡胶等内衬 材料。 (呋喃树脂,中碱纤维) (2)次表层: 其含胶量比内表层低,约 70%—80%。通常采用短切纤维做成的短切毡铺成; 其主要功能是防止介质渗漏。次表层通常至少含有 1200g/㎡的短切原丝毡。 内表层和次表层因选用韧性好、冲击强度搞高的耐腐蚀性树脂。内表层和次表层的组 合纤维含量应为(27±5)%,组合厚度不小于 2.5mm。 (3)结构层: 其是储罐的主要结构,用来承受外载荷,由连续纤维缠绕成型或由纤维织 物手糊成型,含胶量 35%—55%。玻璃钢储罐的结构设计主要是确定这一层的普曾方式和厚 度。 (4)外表层: 它是储罐结构层的外保护层。主要功能是保护结构层免受外界机械损伤和 外界环境条件引起的老化。同时也是对储罐外表面的装饰。其含胶量约为 60%—70%。外表 层也可以用树脂腻子修补后喷漆处理。 二、结构设计 1、贮罐构造设计 ①容积换算 浓度为质量分数 50%的硝酸, 其密度为ρ L=1.25t/m2 , 50t 硝酸的体积为 V=50/1.25=40m3。 ②贮罐构造尺寸确定 贮罐直径取 2.5m,则贮罐长度为 L=V/(D/2)2π =40/4.9=8.16m。 初定贮罐结构尺寸为 : 3 D=2.5m ③封头形式确定 L=8m 选用半椭球形封头,H=0.6×(D/2)=0.75m. ④伸臂长度确定 根据规定 A≤0.2L,即 A=0.2x8=1.6m。 ⑤支座及间距 选用鞍形支座,宽 0.2m,包角 120°。支座间距为: L-2A=8-3.2=4.8m 2、贮罐荷载和设计简图 ①贮罐构造,如图所示 ②荷载计算 单位长度荷载为 q=1.1π R2ρ L=1.1×3.14×1.252×1.25=6.74t/m=67.4KN/m 3、贮罐应力计算 按双支座外伸梁计算贮罐受力。计算长度 L 计=L+2×2/3H=8+2×2/3×0.75=9m 4 ①贮罐承受荷载的弯矩及剪力如图。 ②受力计算 a.支座反力 FA=FB=1/2q(L+4/3H) =67.4/2(8+4/3×0.75) =303.3kN b.支座处剪力 当取支座内侧截面时, Q 内=FA-qA-2/3Qh=303.3-67.4×1.6-2/3×67.4×0.75=161.8kN 当取支座外侧截面时, Q 外=qA+2/3qH=67.4×1.6+2/3×67.4×0.75=141.5kN 5 c.支座和跨中弯矩 支座处弯矩计算 MA=-1/2q(A+2/3H)2=67.4/2×(1.6+2/3×0.75)2=-148.6kN ·m 跨中弯矩计算 Mm=1/2q(L+4/3H)2-1/2q(L+4/3H) ×(L/2-A) =67.4/2×(8+4/3×0.75)2-67.4/2×(8+4/3×0.75) ×(8/2-1.6) =2001.8kN·m 4、由贮罐轴向应力计算壁厚 贮罐贮罐轴向应力发生在跨中贮罐底部和支部处贮罐的顶部,计算结果取最大值。 ①跨中贮罐底部轴向应力按公式δ =R2ρ L/t+Mmax/π R2t≤[δ x] 缠绕聚酯玻璃钢的轴向拉伸强度由《材料力学》第 3 章表 3-13 差得为 85~165MPa,取 强度值 160MPa。则[δ x]=160/K,K 为载荷系数,试验表明 K=13.4。则[δ x]=11.9 MPa (119kg/cm2), 由《材料力学》改变式(4—10)为求贮罐底部厚度,则 t=R2ρ L/[δ x]+Mmax/π R2[δ x] =1252×0.00125/119.4+20018000/3.14×1252×119.4 =3.69cm ②支座处贮罐顶部厚度 δ Max =MA/π R2t 即 t= MA/π R2[δ x] t=148

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