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带观测窗的高温高压生物培养釜结构分析与补强研究

作　者: 魏光超
导　师: 李世伦
学　校: 浙江大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 培养釜支撑环开孔补强高温高压观测窗
分类号: Q-33
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 20次
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内容摘要

21世纪,人类将进入海洋经济的时代。深海开发不仅对于海洋生物、微生物、海洋矿产以及其它资源的开发是必不可少的,而且对于地球结构和运动的地质研究是必须的。在海底热液环境与深海生物活动模拟实验研究中,支撑技术的的重要性是无可替代的。通过对极端环境模拟系统中培养釜的研制,将解决我国深海生物及其基因资源研究开发中一个重要技术瓶颈。同时,将提高我国极端环境重大装备开发的能力,积累从元部件到系统开发的原始创新能力。针对设计的培养釜必须具有以下功能:能够承受极端环境的高温(0～400℃)高压(0～60MPa);操作便捷,快速开启功能;密封安全可靠。论文结合ANSYS有限元分析方法对培养釜的两项关键技术进行了深入研究。首先研究分析了支撑环结构的接触压力分布,得出了三角形分布更为符合实际接触应力分布的结论。在此基础上,基于准等强度准则的分析设计方法,对支撑环结构进行了优化分析,使筒体各部分应力分布更加合理,安全裕度趋于一致,在保证培养釜安全可靠的情况下,同时也降低了设计制造成本。然后分别以圆形开孔补强结构和长椭圆形开孔补强结构为研究对象,研究了内压圆柱形容器不同开孔方式的应力分布和应力集中问题,得出一些有参考价值的结论,并将之应用于微生物培养釜的开孔结构设计中,取到了较好的应用效果。最后选取单釜平台系统进行了仿真分析,研究了深海极端环境模拟系统集成性能,为展开系统性能进一步的分析研究打下了基础。并完成了深海极端环境模拟系统的集成与调试工作,进一步考察系统的各种性能,完全达到了课题要求。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-10
1 绪论  10-20
  1.1 课题背景  10-14
    1.1.1 国外研究现状  11-13
    1.1.2 国内研究现状  13-14
  1.2 培养釜研究及应用现状  14-15
  1.3 有限元方法介绍  15-16
  1.4 研究意义及内容  16-19
    1.4.1 研究意义  16-17
    1.4.2 研究内容  17-19
  1.5 本章小结  19-20
2 支撑环结构优化研究  20-42
  2.1 支撑环结构  20-21
  2.2 支撑环结构接触压力的可能分布  21-22
  2.3 支撑环结构建模  22-31
    2.3.1 实体模型建立  22-29
    2.3.2 有限元模型建立  29-31
  2.4 三角形接触压力分布  31-35
    2.4.1 接触压力分布  31-33
    2.4.2 两种接触压力分布对应力强度的影响分析  33-35
  2.5 支撑环结构优化设计  35-41
    2.5.1 优化分析的准等强度原则  36-38
    2.5.2 优化设计  38-41
  2.6 本章小结  41-42
3 大口径开孔应力集中补强研究  42-57
  3.1 大口径开孔应力集中  43-45
  3.2 补强设计方法  45-46
  3.3 圆形大开孔应力集中补强研究  46-52
    3.3.1 有限元模型  47-49
    3.3.2 仿真结果分析  49-50
    3.2.3 应力分离及强度评定  50-52
  3.4 长椭圆形大开孔应力集中补强研究  52-55
    3.4.1 有限元模型  53-54
    3.4.2 仿真结果分析  54-55
  3.5 两种类型大开孔比较分析  55-56
  3.6 本章小结  56-57
4 高温高压生物培养釜系统性能分析及试验研究  57-74
  4.1 系统平台  57-64
    4.1.1 硬件平台  59-62
    4.1.2 软件平台  62-64
  4.2 系统仿真分析  64-68
  4.3 系统实验研究  68-73
    4.3.1 压力控制研究  69-70
    4.3.2 温度控制研究  70-72
    4.3.3 试验结果分析  72-73
  4.5 本章小结  73-74
5 总结与展望  74-76
  5.1 总结  74-75
  5.2 展望  75-76
参考文献  76-81
研究生期间取得的科研成果  81

带观测窗的高温高压生物培养釜结构分析与补强研究

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