1CC罐式集装箱设计及框架应力分析计算

页共38页1引言1.1课题研究的意义罐式集装箱是低温绝热压力容器的一种。随着国际化工物流的快速发展，罐式集装箱被广泛地应用在各种化工液体物资运输与储存中。使用罐箱可使散装物料的运输仓储和分拨享受到经济、便捷、环保、安全等诸多好处，与传统的铁桶包装、散装船和铁路槽车相比，它真正实现了装箱地到卸料地的无中间环节的直达，无货物的跑冒滴漏，因此使污染和货物的物流消耗及漏损降低到最低。归纳起来，罐箱作为一种先进的运输工具，与传统的装载运输方式相比，具有安全可靠、运输灵活、快捷方便、经济实用、绿色环保等方面的优势。当务之急是降低罐式集装箱的整体费用，同时提高集装箱船只的容量，保持罐式集装箱对液体化学品的竞争力，推动形成完整的罐式集装箱物流链[1]。随着经济的发展，工业的进步，压力容器已经广泛应用于炼油、化工等工业部门及日常生活中。在炼化行业中，越来越多的新型、高效节能的设备得到应用，许多装置对压力容器的要求非常高，其操作介质多为高温(或低温)、高压、易燃、易爆、有毒、强腐蚀等，具有相当大的危险性。随着世界各国对海洋资源的开发，为了适应海洋气候、恶劣环境以及石油加工深度不断增加、操作条件越来越苛刻，对压力容器的要求也越来越高、越来越严。世界能源危机的出现和军事装备的竞争、核能的开发应用对压力容器提出新的要求[2]。1.2罐式集装箱的特点罐式集装箱具有安全、环保、经济、灵活、高效等特点，是实现液体化学品“门到门”运输及多式联运的有效工具和载体。罐式集装箱从欧美发达国家进入我国尚不足10年，但已在化工物流领域获得广泛应用。当前，我国经济发展已进入经济学家所称的“各国经济发展中不可逾越的化工产业时代”。当前，我国经济发展已进入经济学家所称的“各国经济发展中不可逾越的化工产业时代”。近年来，随着国内外各种大型石化集团的合资与合作，我国石化产业持续高增长态势，特别是精细化工产业，已逐渐占据传统化工产业的突出位置，迫切需要新的运输载体和先进的物流方式。罐式集装箱凭借自身的特点和优势脱颖而出，具有良好的发展前景。以罐式集装箱为载体的化学品国际多式联运的主要环节为，从提货地装罐后陆运至港口，驳上集装箱船，达到目的港再卸船后陆运至目的交付地，实现门对门对接。这种利用罐式集装箱运转的模式已相对成熟，受到众多国外化学品巨头的欢迎。所以罐式集装箱将成为未来国际多式联运的主要方式[3]。罐式集装箱作为一种国际标准集装箱外部框架的不锈钢容器，整箱外型尺寸及堆存运输方式完全等同于20Ft(6.096m)国际标准集装箱，称之为罐式集装箱。它的组成有：框架、罐体、附件三大部分。其中，框架包括：整体框架、爬梯、人行走道；罐体包括：罐胆、加热盘管、保温棉、保温皮；附件包括：底阀及远控切断装置、卸料蝶阀或球阀、进气阀、安全阀、顶部卸料阀、压力表、温度表、电加热装置、人孔盖板、盲板及罐体标示等[4]。1.3罐式集装箱的设计压力容器设计是综合性很强的专业，要求设计者通晓国家法令，设计标准，规范以及设计方法，同时，还必须对压力容器选用的材料性能等有较为详细的了解，对压力容器的使用范围、环境等有清楚的认识，甚至还应具备丰富的设计、制造、使用和维护等方便的经验。因此，不论是国家法令，设计标准、规范的变更，还是新材料的使用，制造水平的提高等，都能引起设计方法的进步和发展。罐式集装箱设计的前提是罐体和罐体上的开口满足GB150-89《钢制压力容器》[5]中国船级社《集装箱检验规范》[6]的规定，据此强度计算中对模型进行简化时，忽略罐体上各种开口的存在，从而既没有影响计算结果的准确性，又大大简化了建模工作量，其中罐体、鞍座和罐体与框架之间的连接板用板壳元来模拟，角柱、顶纵梁、底纵梁、端横梁和斜撑等框架构件用空间梁元来模拟，一般不再设置其它单元。为充分利用运力资源，节约物流成本，提供运输市场受欢迎的罐箱，就需要在最大的车辆总重前提下充分利用铁路、公路宽度和高度限界。因此，中国陆路运输20英尺罐箱外型尺寸的最大值为6058mm×2500mm×2900mm(长度×宽度×高度)。本次设计尺寸为6058mm×2438mm×2591mm[7]。用于海上运输的罐式集装箱罐体的强度可按ASME-VIII-1和GB150-2021《钢制压力容器》进行设计计算，但罐式集装箱设计时，还应考虑承受运输工况中所出现的惯性力：如在海洋船舶运输条件下，在码垛出现偏码时所产生的力；船舶航行时对罐式集装箱产生横向、纵向推拉时的承载能力。设计时还应考虑罐式集装箱起吊作业时加速作用下所产生的各种力。而这些力作用在罐体和集装箱框架上所产生的应力，用解析计算方法是无法分析的。因此海上罐式集装箱设计应使用有限元分析法进行计算，中国船级社武汉规范所选用MSC.Nastran通用的有限元程序对罐式集装箱的结构进行强度计算分析。罐体及框架的VonMises合成应力应满足《国际海运危险货物运输规则》[8]及相关标准规范的规定。建模的原则是罐箱的框架构件用空间梁元离散，罐体和罐体与框架的连接部分用板壳元离散。支架的受力分析：建立力学模型，计算支架受到静载和动载时的受力稳定性。堆码分析的原则是在动静载荷分析的基础上进行，考虑到金属用料的质量，因受运输质量的限制，集装箱本体加物料质量以不超过30t为宜。堆码计算受力不均匀系数取为1.3[9]。框架结构，罐式集装箱要承受运输过程中的惯性力，还要承受吊卸过程中重力作用，因此框架结构的安全与否至关重要。通常罐式集装箱框架结构为带底部鞍座的框架结构，这种结构比较成熟，安全性高，但框架材料质量大。2设计总论2.1设计任务设计罐式集装箱，采用常规设计方法，综合考虑环境条件、液体性质等因素并参考相关标准，按设备结构设计、设备强度计算的设计顺序，分别对储罐的筒体、封头、鞍座、人孔、接管进行设计，然后采用SolidWorks对其进行强度校核，最后形成合理的设计方案。绘制总装配图和零件图，并编写设计说明书。综合运用所学过程装备知识，本着认真负责的态度，对储罐进行设计。在设计过程中综合考虑了经济性，实用性，安全可靠性。各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。2.2设计特点容器的设计一般由筒体、封头、法兰、支座、接口管及人孔等组成。常、低压化工设备通用零部件大都有标准，设计时可直接选用。本设计书主要介绍了储罐的的筒体、封头的设计计算，通用零部件的选用。且各项设计参数都正确参考了行业使用标准或国家标准，这样让设计有章可循，并考虑到结构方面的要求，合理地进行设计。2.3设计数据1CC罐式集装箱的主要设计参数见表2.1：表2.11CC罐式集装箱的设计参数型号GX22R32C表2.11CC罐式集装箱的设计参数型号GX22R32C罐体材料16MnDR外部尺寸(mm)(LWH)605824382591立柱材料Q345B最大运营质量36000kg工作温度-40oC-55oC设计压力3.48Mpa腐蚀余量1.0mm设计压力不能低于工作的压力，装有安全泄放装置时，不得低于爆破片的爆破压力或安全阀的开启压力。计算压力主要是针对于容器的各个受压元件，仅用于确定容器稳定、刚度要求的厚度和各个受压元件满足强度。容器的各个受压元件的计算压力是根据容器各个腔体的设计压力加液柱静压力对它单独和共同作用的情况确定的。根据GB150-2021中，设计压力为压力容器的设计载荷条件之一，其值不得低于最高工作压力，通常可取最高工作压力的1.05~1.1倍。设计压力。2.3.2设计温度设计温度也是压力容器的设计载荷条件之一，指容器在正常工作情况下，设定元件的金属温度。GB150规定设计温度等于或低于-20°C的容器属于低温容器。当元件金属温度不低于时，设计温度不得低于元件可能达到的最高温度；当元件金属温度低于时，其值不得高于元件金属可能达到的最高温度。所以设计温度选择为。2.4材料的选择查HG20581-2021《钢制化工容器材料选用规定》[11]，选择16MnDR。，16MnDR是压力容器低温用钢，适用范围：用于介质具有一定腐蚀性，壁厚较大()的压力容器。时的许用应力，钢板标准GB3531。优质中碳钢的强度较高、韧性较好，但是焊接性能较差，不宜作接管用钢，由于接管要求焊接性能较好且塑性好，故选择10号优质低碳钢的普通无缝钢管制作各型号接管。由于法兰必须具有足够大的强度和刚度，以满足连接的条件，使之能够密封良好，故选用Q345B的普通碳素钢。3结构设计容器的结构设计要求均应有足够的柔性，需充分考虑以下间题：a）结构应尽量简单，减少约束。b）避免产生过大的温度梯度；c）应尽量避免结构形状的突然变化，以减小局部高应力；接管端部应打磨成圆角，呈圆滑过渡；d）容器的支座或支腿需设置垫板，不得直接焊在壳体上。3.1筒体的选择筒体按其形状可分为，方形容器，矩形容器、球形容器、圆筒型容器(立式、卧式)。由于在本次设计中设计体积相对较小，且工作压力为3.48MPa。方形矩形容器大多在很小设计体积时才采用，但因其承受压力较小且使用材料较多；而球形容器虽然承受能力很强且节省材料，但是制造工艺较难且安装不方便；立式圆筒形容器承受自然原因引起的盈利破坏的能力较弱。故此，本次设计选用圆筒形容器作为储罐。3.2封头的选择封头据几何形状的不同，可分为球形、椭圆形、碟形、球冠型、锥壳和平盖等几种，其中球形、椭圆形、碟形、球冠型封头又统称为凸型封头。从受力与制造方面分析来看，球形封头是最理想的结构形式。但缺点是深度大，冲压较为困难；椭圆封头浓度比半球形封头小得多，易于冲压成型，是目前中低压容器中应用较多的封头之一。平板封头因直径各厚度都较大，加工与焊接方面都要遇到不少困难。从钢材耗用量来年：球形封头用材最少，比椭圆开封头节约，平板封头用材最多。因此，从强度、结构和制造方面综合考虑，采用椭圆形封头最为合理。表3.1封头尺寸表单位：mm体积质量220026表3.1封头尺寸表单位：mm体积质量220026550505.5921.58391136.683.3筒体立式或卧式的选择由于卧式的储罐比立式的储罐运输方便，所以在此设计中，采用卧式的筒体。详图见图3.2。图3.2卧式储罐图3.2卧式储罐3.4角件的选择支架采用集装箱专用角件，适用于集装箱操作时的起吊、固定等。支架需用角件8只，上部角件Ⅰ、Ⅱ型各2只，下部角件Ⅰ、Ⅱ型各2只。角件制造技术条件按GB1835-80《集装箱角件的技术条件》[13]。角件采用国际集装箱用的甲种角件，角件的材质是25铸钢，它的化学成分和强度指标严格按GB1835-80的规定。角件与支架钢性梁的连接采用全焊透结构，并应保证焊接质量。支架制造完毕后所有的焊缝打磨光滑，并进行磁粉探伤检查。为避免内部储罐直接受日晒，导致介质温度升高，压力上升，支架上部设有遮阳板，遮阳板厚1.5mm，为防止遮阳板过薄发生变形，在其上用模具压制出多个凹槽，增加刚性。3.5筒体及封头壁厚的计算3.5.1筒体厚度的计算筒体的公称直径有标准选择，而它的长度L可以根据容积要求来决定。取公径采用标准椭圆封头，查标准《钢制压力容器用封头》中表1，得公称直径，封头深度。取(3.1)液柱静压力：(3.2)(3.3)故液柱静压力可以忽略，即该容器需100%探伤，所以取其焊接系数为。假设筒体的厚度在16~26mm范围内，查GB150-2021中表4-1，可得，，，温度下的许用应力。筒体的计算厚度由中径公式：(3.4)查《过程设备设计》[14]，钢板厚度负偏差为0.25mm，而有GB150-2021中知，当钢板的厚度负偏差不大于0.25mm，且不超过名义厚度的6%时，负偏差可以忽略不计，故取腐蚀余量：故筒体的名义厚度：。3.5.2封头厚度的计算选用标准椭圆形封头型号为EHA，长短轴的比值为2，根据GB150-2021中椭圆封头计算公式(7-1)计算(3.5)腐蚀余量：同上，钢板负偏差：圆整后取名义厚度：封头有效厚度：封头记为：3.6人孔的选择人孔——便于人员进入容器的内部设置的。除人员进出外还便于容器内构件的吊装。因此人孔的公称直径不得小于450mm，常用的500mm。由此内构件的宽度不得超过人孔的内径。人孔增加了容器的泄漏点，这是不利的方面，一台容器上不要设置过多的人孔。离地较高的人孔，不论是卧式容器还是立式容器，都要附设扶梯和或操作平台。压力容器人孔是为了检查设备的内部空间以及安装和拆卸设备的内部构件。人孔主要由筒节、法兰、盖板和手柄组成。一般人孔有两个手柄。选用时应综合考虑公称压力、公称直径、工作温度以及人孔的结构和材料等诸方面的因素。人孔的类型很多，选择使用上有较大的灵活性，其尺寸大小及位置以设备内件安装和工人进出方便为原则。通常可根据操作需要，在这考虑压力较大，可选择回转盖对焊法兰人孔。根据工作压力P=3.48MPa选择人孔根据JB584-79《回转盖对焊法兰人孔》[15]得人孔的尺寸，见表3.3表3.3回转盖对焊法兰人孔的尺寸表3.3回转盖对焊法兰人孔的尺寸单位：mm总质量75567042722530062808829016030505(kg)3.7.1鞍座的选型容器支座有鞍座，圈座和支腿三种，用来支撑容器的重量。鞍式支座是应用最广泛的一种卧式支座。从应力分析看，承受同样载且具有同样截面几何形状和尺寸的梁采用多个支承比采用两个支承优越，因为多支承在粱内产生的应力较小。但在是实际上卧式容器应尽可能设计成双支座，这是因为当支点多于两个时，各支承平面的影响如容器简体的弯曲度和局部不圆度、支座的水平度、各支座基础下沉的不均匀性、容器不同部位抗局部交形的相对刚性等等，均会影响支座反力的分市。因此采用多支座不仅体现不出理论上的优越论反而会造成容器受力不均匀程度的增加，给容器的运行安全带来不利的影响。所以一台卧式容器支座一般情况不宜多于二个。圈座一般对于大直径薄壁容器和真空操作的容器。腿式支座简称支腿，因这种支座在与容器壳壁连接处会造成严重的局部应力，故只适合用于小型设备(DN≤1600，L≤5m)。综上考虑在此选择双个鞍式支座作为储罐的支座。选的型号为双鞍式支座，材料选用Q345-B。由此查JB4712.1-2021容器支座，选取轻型，焊制为BI，包角为，有垫板的鞍座。表3.4鞍式支座结构尺寸单位：mm公称直径允许载荷表3.4鞍式支座结构尺寸单位：mm公称直径允许载荷鞍座高度腹板螺栓间距底板垫板筋板DNQ/kNhe22004052501013801580240145001010024520829083.7.2鞍座位置的确定通常取尺寸A(见图3.4)不超过0.2L值，《过程设备设计》中规定，A最大不超过0.25L。否则由于容器外伸端的作用将使支座截面处的应力过大。由标准椭圆封头，故(3.6)由于封头的抗弯刚度大于圆筒的抗变钢度，故封头对于圆筒的抗弯钢度具有局部的加强作用。若支座靠近封头，则可充分利用罐体封头对支座处圆筒截面的加强作用。因此，JB4731还规定当满足时，最好使，即(3.7)所以鞍座位置取3.8接管、法兰的选择罐式集装箱设有温度计口、压力计口、安全阀口、液相口、气相口和人孔。根据HG/T8163-2021《输送流体用无缝钢管》[17]，取液相口接管、气相口接管的无缝钢管。法兰连接主要优点是密封可靠、强度足够及应用广泛。缺点是不能快速拆卸、制造成本较高。压力容器法兰分为平焊法兰和对焊法兰。法兰设计应使各项应力分别接近材料的许用应力直，即结构在各个方向的强度都得到充分的发挥。3.9压力表的选择由《压力容器安全技术监察规程》[18]中可知压力表选用和安装要求。

压力表选用的要求如下：（1）选用的压力表，必须与压力容器内的介质相适应。

（2）

低压容器使用的压力表精度不应低于2.5级；中压及高压容器使用的压力表精度不应低于1.5级

（3）压力表盘刻度限值应为最高工作压力的1.5～3.0倍。表盘直径不应小于100mm。

压力表的安装要求如下：（a）装设位置应便于操作人员观察和清洗，且应避免受到辐射热、冻结或震动的不利影响。

（b）压力表与压力容器之间，应装设三通旋塞或针形阀，三通旋塞或针形阀上应有开启标记和锁紧装置；压力表与压力容器之间，不得连接其他用途的任何配件或接管。

（c）用于水蒸气介质的压力表，在压力表与压力容器之间应装有存水弯管。

（d）用于具有腐蚀性或高粘度介质的压力表，在压力表与压力容器之间应装设能隔离介质的缓冲装置。

本设计选用压力计：精度等级1.5级，测量范围0-6MPa，型号Y-100Z。结构如图3.5。选择与之配套的压力表截止阀，压力表截止阀：(又叫针型阀)是仪表测量管路系统中重要组成部分，主要有截止阀和球阀，其功用是作开启或切断管道通路用。本文选择PN4的压力表截止阀。图3.5压力计结构3.10温度计的选择温度计，是测温仪器的总称，可以准确的判断和测量温度。利用固体、液体、气体受温度的影响而热胀冷缩等的现象为设计的依据。有煤油温度计、酒精温度计、水银温度计、气体温度计、电阻温度计、温差电偶温度计、辐射温度计和光测温度计、双金属温度计等多种种类供我们选择。根据使用目的的不同，已设计制造出多种温度计。其设计的依据有：利用固体、液体、气体受温度的影响而热胀冷缩的现象；在定容条件下，气体(或蒸汽)的压强因不同温度而变化；热电效应的作用；电阻随温度的变化而变化；热辐射的影响等。本文的设计条件为测量低温的现场检查，所以我们采用可以直接测量各种生产过程中的-80oC~+500oC范围内液体和气体介质温度的双金属温度计。其工作原理是基于绕制成环形弯曲状的双金属片组成。一端受热膨胀，带动指针旋转，工作仪表便显示出热电势所在的温度值。本文选择型号为WSS-401的双金属温度计(轴向型)，安装固定形式为可动外螺纹，测温范围在-40-80oC，表3.6：表3.6双金属温度计(轴向型)单位：mm形式轴向型10550110300103.11接地板和防波板的选择HG20584-2021[19]中，由于静电可能影响容器安全操作时，应考虑设置接地板。接地板应直接焊于设备或支座上材料应选镀锌钢材或不锈钢当设备直径大于2.5m或容积大于等于50m3时，应设置两处以上接地点，其间距不大于30mm该设备选用80mm50mm镀锌钢，焊接在框架上防波板的设置是为了防止罐车运行和制动时减少介质对罐体的冲击，每个防波板的有效面积应大于罐体横断面积的40%，防波板的安装位置，应使上部弓形面积小于罐体横断面积的20%。防波板与罐体的联接应采用牢固的结构，防止产生裂纹和脱落。盛装介质为液化气体或低温液体的移动压力容器应设置防波板，罐体每个防波段的容积一般不得大于3m3。4开孔补强设计GB150-2021中圆筒上开孔范围：当其内径时，开孔最大直径，且当其内径时，开孔最大直径，且封头上开孔范围：凸形封头或球形壳体的最大开孔直径d≤1/2Di；锥壳(或锥形封头)的开孔最大直径d≤1/3Di；椭圆形封头或蝶形封头过渡部分开孔时，其孔的中心线宜垂直于封头表面。不另行补强的最大开孔直径：设计压力小于或等于2.5Mpa时在壳体上开孔，两相邻开孔中心的间距大于两孔直径之和的2.5倍接管公称外径不大于89mm接管厚度满足表4.1要求，不另行补强。表4.1接管厚度单位:mm接管公称外径253238454857657689最小壁厚3.54.05.06.0故该储罐中有DN=500mm的人孔需要补强。补强图见图4.2。图4.2补强图4.1人孔补强4.1.1补强方法判别开孔直径：(4.1)(4.2)接管材料选用10号钢，壳体开孔处的厚度接管的有效厚度：(4.3)强度削弱系数(4.4)根据GB150-2021中8-1，所以开孔补强面积为(4.5)4.1.2有效补强范围有效宽度B的确定：按GB150中式8-7，得：(4.6)(4.7)(4.8)外侧有效高度的确定：根据GB150中8-8，得：(4.9)(4.10)内侧有效高度的确定：根据GB150-2021中8-9，得：(4.11)(4.12)4.1.3有效补强面积根据GB150中8-10~8-13，计算如下：筒体多余面积：(4.13)接管的多余面积：接管厚度：(4.14)(4.15)焊缝金属截面积，焊角取10.0mm(4.16)补强面积：(4.17)因为，所以开孔需另行补强所需另行补强面积：(4.18)4.1.4补强圈设计补强圈结构简单，易于制造，应用广泛。但补强圈与壳体之间存在着一层静止的气隙，传热效果差，致使二者温差与热膨胀差较大，容易引起温差应力。补强圈与壳体相焊时，使此处的刚性变大，对角焊缝的冷却收缩起较大的约束作用，容易在焊缝处造成裂纹。特别是高强度钢淬硬性大，对焊接裂纹比较敏感，更易开裂。还由于补强圈和壳体或接管金属没有形成一个整体，因而抗疲劳性能差。GB150-2021规定，采用补强圈结构补强时应遵循：(1)钢材的标准抗拉强度下限值σb≤540MPa；(2)补强圈厚度小于或等于1.5δn；(3)壳体名义厚度δn≤38mm。根据DN500选补强圈，参照补强圈标准JB/T4736《补强圈》[20]，取补强圈外径D’=1000mm。因为B>D’，所以在有效补强范围。补强圈内径d’=510mm.补强圈厚度：(4.19)取补强材料与壳体材料相同，设计时取5焊接和无损检测5.1焊接容器各受压元件的组装通常采用焊接。焊接接头是焊缝、融合线和热影响区的总称，焊缝是焊接接头的主要部分。焊接接头的形式和坡口形式的设计直接影响到焊接的质量与容器的安全。焊缝结构的设计应在化工容器的装配总图或部件图中以节点图表示出来。容器上不同部位不同部件间的连接焊缝可按其在整体强度与安全中所处地位的不同将它们分为A、B、C、D四类，以合理地设计这些焊缝结构和进行合适的质量控制与检验。焊缝接头分布图由JB/T4784-2021[21]中可得，可见本文图5.1。图5.1罐体主要受压部分A、B、C、D类焊接接头容器壳体上的纵向及环向焊缝、凸形封头上的拼缝，即A、B两类焊缝，是容器上要求最高的焊缝，对容器的安全至关重要，必须采用对接焊。对接焊缝易于焊透，质量易于保证，易于作无损检测，可得到最好的焊缝质量。不允许用搭焊。焊缝坡口设计是焊接结构设计的重要内容，合适的坡口可让焊条或焊丝伸人坡口根部，以保证焊透。坡口的基本尺寸为坡口角度a、根高P和根距C。容器设计图纸上对重要的焊接接头必须用节点图表明坡口这三个尺寸的具体数值。坡口的基本尺寸见图5.2。图5.2坡口的基本尺寸采用电弧焊。钢板厚度大于16mm的碳素钢和低合金钢制低温容器或元件应进行焊后热处理。5.2无损检测根据《压力容器安全技术监察规程》，对压力容器对接接头进行全部（100%）或局部（20%）无损检测：当采用射线检测时，其透照质量不应低于AB级，其合格级别为III级，且不允许有未焊透；当采超声检测时，其合格级别为II级。

对GB150标准中规定进行全部（100%）无损检测压力容器、第三类压力容器、焊缝系数取1.0的压力容器以及无法进行内外部检验或耐压试验的压力容器，其对接接头进行全部（100%）无损检测：当采用射线检测时，其透照质量不应低于AB级，其合格级别为II级；当采用超声检测时，其合格级别为I级。装运危险货物的罐式集装箱受压壳体对接焊缝及与受压壳体连接的管路对接焊缝应进行100％射线探伤。罐体的A、B类焊缝进行100%射线透照检测，按JB/T4730.2-2021《压力容器无损检测》[22]得规定，射线透照质量等级不低于AB级，焊缝缺陷II级合格。C、D类焊缝进行100%磁粉检测，按照JB/T4730.4-2021规定焊缝I级合格。6校核计算6.1液压试验应力校核试验压力：(6.1)圆筒的薄膜应力：(6.2)因为：【—圆筒材料在试验温度下的屈服点(或0.2%屈服强度)，MPa】(6.3)，所以水压试验合格。6.2设计温度下圆筒的应力最大允许工作压力：(6.4)设计温度下计算应力：(6.5)因此，校核合格。6.3圆筒轴向弯矩计算总重：(6.6)(6.7)(6.8)6.3.1圆筒中间截面上的轴向弯矩根据JB/T4731-2021《钢制卧式压力容器》[23]中式7-2，得(6.9)6.3.2支座处横截面的轴向弯矩根据JB/T4731-2021《钢制卧式压力容器》中式7-3，得(6.10)从而可以绘制出受力分析图，如图6.1。图6.1卧式储罐受力分析图6.1卧式储罐受力分析6.4圆筒轴向应力计算及校核6.4.1圆筒中间截面上由压力及轴向弯矩引起的轴向应力查JB/T4731-2021《钢制卧式压力容器》中表7-1，得，，、为“扁塌”现象引起的抗弯截面模量减少系数。根据JB/T4731-2021《钢制卧式压力容器》中式7-4~7-7，得最高点处：(6.11)最低点处：(6.12)6.4.2由压力及轴向弯矩引起的轴向应力计算及校核如果圆筒不设加强圈，且A>0.5Ri，由于支座处截面受剪力作用而产生周向弯矩，在周向弯矩的作用下，导致支座处圆筒的上半部发生变形，产生所谓“扁塌”现象。“扁塌”一旦发生，那么支座处圆筒截面的上部就成为难以抵抗轴向弯矩的“无效截面”，而剩下的圆筒下部截面才是能够承担轴向弯矩的“有效截面”[24]。鞍座平面上，由压力及轴向弯矩引起的轴向应力，按下式计算：当圆筒在鞍座平面上有加强圈或被封头加强（即A<Rm/2）时即圆筒在鞍座平面上或靠近鞍座处有加强圈或被封头加强时，轴向应力位于横截面最高点处。(6.13)(2)在横截面最低点处得轴向应力：(6.14)6.4.3圆筒轴向应力校核(6.15)根据圆筒材料查《过程设备设计》[23]图4-8，得得：，6.5切向剪应力的计算及校核6.5.1圆筒切向剪应力的计算根据JB/T4731-2021中表7-2，得，根据JB/T4731-2021中式7-9计算圆筒中剪应力：(6.16)(6.17)由于，所以圆筒被封头加强。根据JB/T4731-2021中式7-10计算最大剪应力：(6.18)6.5.2切向剪应力的校核筒的切向剪应力，封头的切向剪应力(6.19)(6.20)因为：6.6圆筒周向应力的计算和校核当筒体上鞍座垫板的宽度不小于b2，且鞍座垫板的包角达到(θ+12°)时，则可认为鞍座垫板起到加强作用，并与筒体一起承受周向压缩应力及周向弯曲应力。如果以上两个条件均不满足，则认为鞍座垫板不起加强板的作用，即仅由筒体承受周向压缩应力和周向弯曲应力。根据鞍座尺寸圆筒的有效宽度：(6.21)得：6.6.1在横截面最低点处的轴向应力根据JB/T4731-2021中表7-3，得，根据JB/T4731-2021中式7-18，(6.22)6.6.2在鞍座边角处的轴向应力根据《过程设备设计》式(5-52b)有：当时：(6.23)轴向应力、分布见图6.3。图6.3轴向应力、分布图6.6.3周向应力校核根据JB/T4731-2021中式：(6.24)(6.25)得：6.7鞍座应力计算及校核根据JB/T4731-2021中表7-5得水平分力：(6.26)腹板的水平应力：计算高度：(6.27)鞍座腹板厚度：鞍座垫板实际宽度：鞍座垫板有效宽度：(6.28)腹板水平应力：(6.29)由此得：(6.30)校核合格6.8夏比V型缺口冲击试验根据《集装箱检验规范》2021(中国船级社)中3.1.6所述：除政府主管机关另有规定外，用于制造装运危险货物罐式集装箱的角柱、端侧梁等主要支撑构件应进行夏比V型缺口冲击试验，试验温度为－20oC，最小平均冲击值为27J。夏比V型缺口冲击值的要求为3个全尺寸(10mm×10mm)试样的最小平均冲击值和最小的单个试样冲击值。冲击试验结果仅允许有1个试样的冲击值低于规定的平均值，但不得低于该平均值的70%。如果3个最初的夏比V型缺口试样的平均冲击值没有达到规定的要求，则可以从同一材料中再取3个附加试样进行试验。将所的结果与原先获得得试验结果组成1个新的平均值。如果这个新的平均值符合要求，而且，低于要求的平均值的个别结果不多于2个且低于单个试样要求值的试样结果不多于1个，则可以接受此件或这批材料。罐体材料以及框架的立柱、角件、横梁及底斜撑须进行夏比V型缺口冲击试验，试验温度为－20oC或最低设计温度，取其低者，采用横向试样，最小平均冲击值不小于27J。7杆件的强度及刚度校核(1)在运动方向（纵向）：总质量的两倍重力加速度2mg(2)在与运动方向成直角的水平方向：总质量的一倍重力加速度mg(3)垂直向上：总质量的一倍重力加速度mg(4)垂直向下：总质量的两倍重力加速度2mg7.1横梁的校核图7.1横梁方钢尺寸及钢管的左视剖面受力图横梁方钢的尺寸：方形钢，尺寸及受力见图7.1。面积：(7.1)在与运动方向成直角的水平方向：总质量的一倍重力加速度mg(7.2)垂直向下：总质量的两倍重力加速度2mg(7.3)(7.4)(7.5)垂直向上：总质量的一倍重力加速度mg(7.6)(7.7)(7.8)在运动方向（纵向）：总质量的两倍重力加速度2mg(7.9)(7.10)(7.11)合力：(7.12)(7.13)(7.14)横梁方钢满足强度、刚度要求7.2立柱的校核立柱方钢的尺寸：方形钢，尺寸及受力见图7.1。图7.2立柱方钢尺寸及钢管的主视剖面受力图面积：(7.15)在与运动方向成直角的水平方向：总质量的一倍重力加速度mg(7.16)垂直向下：总质量的两倍重力加速度2mg(7.17)(7.18)(7.19)垂直向上：总质量的一倍重力加速度mg(7.20)(7.21)(7.22)在运动方向（纵向）：总质量的两倍重力加速度2mg(7.23)(7.24)(7.25)合力：(7.26)(7.27)(7.28)立柱方钢满足强度、刚度要求7.3底斜撑的校核底斜撑方钢的尺寸：方形钢，尺寸及受力见图7.3。图7.3底斜撑钢管尺寸及俯视剖面受力图面积：(7.29)在与运动方向成直角的水平方向：总质量的一倍重力加速度mg(7.30)垂直向下：总质量的两倍重力加速度2mg(7.31)(7.32)(7.33)垂直向上：总质量的一倍重力加速度mg(7.34)(7.35)(7.36)在运动方向（纵向）：总质量的两倍重力加速度2mg(7.37)(7.38)(7.39)合力：(7.40)(7.41)(7.42)底斜撑方钢满足强度、刚度要求。81CC罐式集装箱应力分析及强度校核8.1概述本分析报告旨在确定1CC罐式集装箱在各种工况下结构的应力水平，以确认其是否符合有关要求。本分析报告的主要依据是：(1)《国际海运危险货物规则》(IMDGCODE)(2)《集装箱检验规范》2021(中国船级社)(3)JB4732-1995《钢制压力容器—分析设计标准》[25](4)1CC型罐式集装箱图纸和技术资料罐式集装箱进行的堆码试验项目：本分析考虑了《集装箱检验规范》(中国船级社)中规定的关于罐式集装箱进行的堆码试验项目。不得大于9层，也不得小于848000N。惯性力的作用：本分析考虑了如下惯性力的作用：(1)在运动方向(纵向)：总质量的两倍重力加速度2mg(2)在与运动方向成直角的水平方向：总质量的一倍重力加速度mg(3)垂直向上：总质量的一倍重力加速度mg(4)垂直向下：总质量的两倍重力加速度2mg8.2SolidWorks分析原理SolidWorks软件系统提供了强大的、基于特征的实体建模功能和装配设计功能。同时，还提供了多个高级曲面处理和过渡的功能，如混合过渡、剪裁、延伸和缝合等，而且是完全参数化的，从而能够生成由复杂曲面产生的实体。通过对设计模型的装配，可以发现零件设计尺寸是否正确、整个装配体的零件之间有没有产生干涉、干涉量有多少。通过可视化的三维设计，保证了产品设计的合理性、高效性。使用SolidWorks时，首先使用其三维造型功能将零件的三维实体模型造出，然后使用其装配功能将所有的零件进行装配[26]。8.2.1几何尺寸罐体筒体内径为2200mm，壁厚26mm。椭圆形封头壁厚26mm。罐箱框架外部尺寸为6058mm×2438mm×2591mm，具体尺寸见相关图纸。8.2.2模型及网络对于本分析的罐式集装箱，模型简化时，忽略罐体上各种开口的存在。结构模型见图8.1。图8.11CC型罐式集装箱结构模型8.2.3载荷及约束载荷：按5种工况进行分析(1)在运动方向(纵向)：总质量的两倍重力加速度2mg；(2)在与运动方向成直角的水平方向：总质量的一倍重力加速度mg；(3)垂直向上：总质量的一倍重力加速度mg；(4)垂直向下：总质量的两倍重力加速度2mg；(5)堆码试验项目：不得大于9层，也不得小于848000N。约束：在框架底部四个支腿处加全约束。8.3实验项目的应力分析堆码试验：试验方法：将集装箱置于坚固的水平平台上，由箱体的4个底角件支承，往箱内装入相当于1.8R-T的均布载荷，外载荷施于顶角件上，使每一个顶角件同时承受垂向力，也可以按前后端框架分别进行试验。外载荷通过垫在中间的另一下角件或模拟件(与角件实物具有同样的尺寸、开孔、倒角、棱边圆角及公差要求)施加于被试验的箱体上。每一个角件或模拟件应在相同的方向偏心施加外载荷。至少应进行横向25.4mm，纵向38mm，两个偏心施加外载荷的试验。四个立柱顶部部分分别垂直向下作用，F=848000N。考虑框架受力，计算结果如下：8.4最大工作负荷加惯性力作用下的应力分析8.4.1运动方向(纵向)两倍重力加速度时的应力强度计算与校核计算结果如下：由图8.2可知，立柱的最大合成应力为85.83807MPa图8.2堆码试验时框架的应力分布图8.3运动方向(纵向)两倍重力加速度时的筒体应力分布图8.4运动方向(纵向)两倍重力加速度时的框架应力分布应力分布如图8.3和8.4所示，罐体最大应力在支撑圈处为34.04014MPa，框架最大应力为41.40251MPa。8.4.2与运动方向垂直的水平方向一倍重力加速度时应力强度计算与校核计算结果如下：图8.5与运动方向垂直的水平方向一倍重力加速度时罐体的应力分布图8.6与运动方向垂直的水平方向一倍重力加速度时框架的应力分布应力分布如图8.5和8.6所示，罐体最大应力在支撑圈处为58.15266MPa，框架最大应力为142.2609MPa。8.4.3垂直向上一倍重力加速度时应力强度计算与校核计算结果如下：图8.7垂直向上一倍重力加速度时罐体应力分布图8.8垂直向上一倍重力加速度时框架应力分布应力分布如图8.7和8.8所示，罐体最大应力在支撑圈处为43.51349MPa，框架最大应力为55.27379MPa。8.4.4垂直向下二倍重力加速度时应力强度计算与校核计算结果如下：图8.9垂直向下二倍重力加速度时的罐体应力分布图8.10垂直向下二倍重力加速度时的框架应力分布应力分布如图8.9和8.10所示，罐体最大应力在支撑圈处为87.49042MPa，框架最大应力为103.3251MPa。8.5应力分析结论罐体材料16MnDR，厚度为21~38mm的16MnDR板在常温下的屈服极限为295MPa。支撑圈的材料Q345R，厚度为21~38mm的Q345R板在常温下的屈服极限为345MPa。框架的立柱材料是Q345B，厚度为6~16mm的Q345B板在常温下的屈服点为，框架的其他部分材料是20，在常温下材料的屈服点为根据中国船级社《集装箱检验规范》(2021)规定应通过实验测试或有限元计算确认罐式集装箱在最大工况负荷下承受本章条规定的各种惯性力单独作用下，其罐体、框架及其之间连接构件的VonMises合成应力安全系数如下：(1)对于屈服点明确的金属，按已确定的屈服应力eR，取安全系数1.5；(2)对于屈服点不明确的金属，按0.2%规定非比例伸长(对奥氏体钢为1.0%)的屈服应力eR，去安全系数1.5。表8.1主要构件许用应力单位：MPa构件屈服极限许用应力罐体295157支撑圈345230立柱345230框架其余部分245163堆码工况的许用应力值为主要构件的许用应力见表8.1。上述计算结果表明，堆码工况的框架立柱的最大应力小于345MPa的许用应力值。在最大工作负荷下承受本章条规定的各种惯性力单独作用下，其罐体、框架及其连接构件的VonMises合成应力满足中国船级社编制的《集装箱检验规范》(2021)规定，合格。9结论本次毕业设计，我完成了1CC罐式集装箱的设计及应力分析，罐式集装箱为移动式储运设备，按相关设计标准、规范进行设计。通过收集和查阅了大量国内外储罐的相关资料，论证了罐式集装箱的运输方式及C型储罐的筒体和封头形式，从设计压力、设计温度、设计载荷、罐体及封头厚度、选用材料、应力及强度校核等多方面详细叙述罐式集装箱的设计方法及流程。对人孔进行了开孔补强计算，接着对罐式集装箱支撑结构和强度进行了设计和计算。可知在确定储罐及支撑构件尺寸时，通过校核货罐的轴向应力、周向应力及剪切应力设计出的结构存在高应力集中区域，还应校核船舶运动引起的动载荷状况，进一步对结构进行优化。通过SolidWorks软件校核在各种工况下结构的应力水平，以确认其是否符合有关要求。在框架底部四个支腿处加全约束，对5种工况分别进行校核计算。若校核不通过，可以在对储罐结构加强的措施中，增加储罐板厚，改变支座位置及在内壁上增设加强圈。经校核得出，罐体、框架及其连接构件的VonMises合成应力满足中国船级社编制的《集装箱检验规范》(2021)。降低运输成本，提高运输效率，是设备制造厂和运输行业的共同目标。框架要承受罐式集装箱在运输过程中的各项载荷。在进行结构设计时，运用SolidWoks软件，对框架结构及罐体进行应力校核，同时对各个构件进行优化。在保证框架结构安全的前提下，尽量减轻框架质量，增加罐式集装箱的装载质量[27]。通过此次毕业设计，增强了我把知识运用到实际的能力，加深了对课本知识的理解。使用国家压力容器标准、规范进行设计，掌握了罐式集装箱设计及应力分析的全过程；并且锻炼了我查阅和综合分析文献资料的能力，进行设计方法和设计方案的可行性研究和论证。参考文献[1]张建良．罐式集装箱的市场前景[J]．集装箱工业，2021，(5)：45-46．[2]魏锋，刘福禄，张延丰，等．压力容器设计知识[M]．北京：化学工业出版社，2021．[3]张君瑛，章学来，李品友．LNG蓄冷及其冷能的应用[J]．低温与特气，2021，23(5)：6-9．[4]叶勇．罐式集装箱安全装置的计算[J]．设计计算，2021，22(3)：12-13．[5]GB150-2021，钢制压力容器[S]．北京：中国标准出版社，2021．[6]CCS，集装箱检验规范[S]．北京：中国船级社，2021．[7]刘建平．铁路罐式集装箱设计的研究[J]．专业运输，2021，35(4)：35-38．[8]刘道忠．黄磷罐式集装箱的强度计算与测试[J]．集装箱化，2021(5):33-36．[9]郑津洋，陈志平，孙国有．压力容器设计技术进展及我国应采取的对策[J]．石油机械，2021，29(3)：1-4．[10]董大勤，袁凤隐．压力容器设计手册[M]．北京：化学工业出版社，2021．[11]HG20581-2021，钢制化工容器材料选用规定[S]．北京：中国标准出版社，2021．[12]JB/T4746-2021，钢制压力容器用封头[S]．北京中国标准出版社，2021．[13]GB1835-1980，集装箱角件的技术条件[S]．北京中国标准出版社，1980．[14]郑津洋，董其伍，桑芝富．过程设备设计[M]．北京：化学工业出版社，2021．[15]JB584-1979，回转盖对焊法兰人孔[S]．北京：中国标准出版社，1979．[16]JB4712.1-2021，鞍式支座[S]．北京：中国标准出版社，2021．[17]HG/T8163-2021，输送流体用无缝钢管[S]．北京：中国标准出版社，2021．[18]压力容器安全技术监察规程[S]．北京：中国劳动社会保障出版社，2021．[19]HG20584-2021，钢制化工容器制造技术要求[S]．北京：中国标准出版社，2021．[20]JB/T4736-2021，补强圈[S]．北京：中国标准出版社，2021．[21]JB/T4784-2021，低温液体罐式集装箱[S]．北京：中国标准出版社，2021．[22]JB/T4730.2-2021，压力容器无损检测[S]．北京：中国标准出版社，2021．[23]JB/T4731-2021，钢制卧式压力容器[S]．北京：中国标准出版社，2021．[24]UweHornung，HelmutSaal．Bucklingloadsoftankshellswithimperfections[J]．JournalofConstructionalSteelResearch，2021，(53)：503-333．[25]JB4732-1995，钢制压力容器—分析设计标准[S]．北京：中国标准出版社，1995．[26]常兴，刘国峰．SolidWorks软件在机械原理教学中的应用[J]．焦作大学学报：2021，7(3)：80-81．[27]叶健明．20英尺C3类罐式集装箱的试制[J]．化学工程与装备，2021，7：65-67．致谢在完成毕业论文之际，我要衷心感谢辛勤指导我的导师张锁龙教授，论文从选题到撰写的过程中自始至终得到张老师的悉心关怀和指导，倾注了他大量的心血。导师严谨的治学态度、对事业的执着追求和渊博的知识也令我受益匪浅、终生难忘，为我以后的工作和生活树立了典范。论文即将完成，在校的学习生活也即将结束，自己深感学有所成。本论文的完成是对我学习阶段的主要研究内容的总结，也是对所有关心我的师长及亲友的一个很好的汇报。感谢学校给我们提供这次学习的机会，在课题研究过程中，得到了同学以及我们宿舍其他人的热心帮助，在此表示感谢。最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。

咖啡店创业计划书第一部分：背景在中国，人们越来越爱喝咖啡。随之而来的咖啡文化充满生活的每个时刻。无论在家里、还是在办公室或各种社交场合，人们都在品着咖啡。咖啡逐渐与时尚、现代生活联系在一齐。遍布各地的咖啡屋成为人们交谈、听音乐、休息的好地方，咖啡丰富着我们的生活，也缩短了你我之间的距离，咖啡逐渐发展为一种文化。随着咖啡这一有着悠久历史饮品的广为人知，咖啡正在被越来越多的中国人所理解。第二部分：项目介绍第三部分：创业优势目前大学校园的这片市场还是空白，竞争压力小。而且前期投资也不是很高，此刻国家鼓励大学生毕业后自主创业，有一系列的优惠政策以及贷款支持。再者大学生往往对未来充满期望，他们有着年轻的血液、蓬勃的朝气，以及初生牛犊不怕虎的精神，而这些都是一个创业者就应具备的素质。大学生在学校里学到了很多理论性的东西，有着较高层次的技术优势，现代大学生有创新精神，有对传统观念和传统行业挑战的信心和欲望，而这种创新精神也往往造就了大学生创业的动力源泉，成为成功创业的精神基础。大学生创业的最大好处在于能提高自己的潜力、增长经验，以及学以致用;最大的诱人之处是透过成功创业，能够实现自己的理想，证明自己的价值。第四部分：预算1、咖啡店店面费用咖啡店店面是租赁建筑物。与建筑物业主经过协商，以合同形式达成房屋租赁协议。协议资料包括房屋地址、面积、结构、使用年限、租赁费用、支付费用方法等。租赁的优点是投资少、回收期限短。预算10-15平米店面，启动费用大约在9-12万元。2、装修设计费用咖啡店的满座率、桌面的周转率以及气候、节日等因素对收益影响较大。咖啡馆的消费却相对较高，主要针对的也是学生人群，咖啡店布局、格调及采用何种材料和咖啡店效果图、平面图、施工图的设计费用，大约6000元左右3、装修、装饰费用具体费用包括以下几种。(1)外墙装饰费用。包括招牌、墙面、装饰费用。(2)店内装修费用。包括天花板、油漆、装饰费用，木工、等费用。(3)其他装修材料的费用。玻璃、地板、灯具、人工费用也应计算在内。整体预算按标准装修费用为360元/平米，装修费用共360*15=5400元。4、设备设施购买费用具体设备主要有以下种类。(1)沙发、桌、椅、货架。共计2250元(2)音响系统。共计450(3)吧台所用的烹饪设备、储存设备、洗涤设备、加工保温设备。共计600(4)产品制造使用所需的吧台、咖啡杯、冲茶器、各种小碟等。共计300净水机，采用美的品牌，这种净水器每一天能生产12l纯净水，每一天销售咖