容积式流量计铸造壳体强度设计计算软件开发

根据GB150—1998《钢制压力容器》和JB2194—1977《水管锅炉受压元件强度计算》等标准可知，容积式流量计铸造壳体的设计计算过程比较繁琐，其中包含着根据已知工况条件而进行的大量数值计算和参数选择，甚至有时还要将计算结果反代入设计计算过程进行校核，这些庞杂的数值计算具有重复性、程序性和复杂性，之前往往依靠工程技术人员通过人工重复计算去完成，既繁重又耗费时间；因此，应运用计算机编程来高效地解决该问题。

1 压力容器壳体实际设计计算软件开发

本文以旋转活塞流量计主壳体设计为例，旋转活塞流量计主壳体二维工程图如图1所示，旋转活塞流量计主壳体三维仿真组图如图2所示。该壳体的设计计算可参照JB　2194—1977《水管锅炉受压元件强度计算》、GB　5676—1985《一般工程用铸造碳钢》、GB　150—1998《钢制压力容器》和GB　6654—1996《压力容器器用钢板》等国家或行业标准中介绍的方法进行。

图1 旋转活塞流量计主壳体二维工程图

图2 旋转活塞流量计主壳体三维仿真组图

其软件开发程序清单如下：

/*Note：Your　choice　is　C　IDE*/

#include"stdio.h"

#include"math.h"

void　main（）

｛

float　P，D，q，C，S，SZ，V，p，Dc，K，q2，q3，q4，q5，q6，k2，k1，k，x，y，z，mfzbh1，mfzbh2，mfzbh3，mfzbh4，jg3，v，/*以下为密封罩计算所用变量*/jszj，jgtzxs，gcyl，sjwdxdxyyl，hfxs，ds，dp/*以下为螺栓计算使用变量*/，T，qy，Q，qb，PL，DL；

int　i，j；

for（i＝1；i＞0；i＋＋）

｛

printf（"1.压力容器壳体壁厚计算\n根据JB　2194—1977《水管锅炉受压元件强度计算》的公式：\n"）；

/*提示计算开始*/

printf（"S＝（9.8*a*D）/（2000*［σ］＋9.8*a）＋C\n\n"）；

/*在屏幕上显示出所用公式*/

printf（"（注：S代表壳体计算壁厚\n　P代表公称压力，单位，MPa\n［σ］代表材料许用应力，单位，MPa\n　D代表壳体内径，单位，mm\n　C代表附加壁厚）\n\n以下依次输入上述公式中的参数：\n"）；

/*在屏幕上显示出公式中各个参数所代表的意义*/

printf（"公称压力a："）；

scanf（"%f"，＆P）；

printf（"壳体内径D："）；

scanf（"%f"，＆D）；

printf（"材料许用应力［σ］："）；

scanf（"%f"，＆q）；

printf（"附加壁厚C："）；

scanf（"%f"，＆C）；

/*逐步提示要输入的参数*/

S＝（9.8*P*D）/（2000*q＋9.8*P）＋C；

/*实际计算语句*/

printf（"计算壁厚是：%f\n"，S）；

/*在屏幕上显示计算结果*/

SZ＝4*S；

printf（"考虑综合因素所得到的最终工程实际壁厚是：%f（参考）\n（可根据具体情况来取，一般为计算壁厚的3～4倍）\n\n"，SZ）；

/*显示最终经过经验分析而确定的结果*/

printf（"2.盖壁厚计算\n"）；

printf（"按GB150—1998《钢制压力容器》中7.4.2.1圆形平盖厚度计算公式：\nΔp＝Dc*（（KP［σ］tΦ）1/2）（公式2）\n"）；

printf（"首先计算结构特征系数K值：\n"）；

printf（"请依次输入壳体内径和平盖危险径向截面上各开孔宽度之总和Σb：\n"）；

/*提示要计算的量，计算依据和计算方法，原样输出*/

scanf（"%f%f"，＆Dc，＆q6）；

v＝（Dc－q6）/Dc；

printf（"则削弱系数%f\n"，v）；

printf（"请选择K值："）；

scanf（"%f"，＆K）；

k2＝K/v；

printf（"公式中的K值是：%f\n"，k2）；

/*计算确定K值*/

printf（"请输入公称压力P、焊缝系数Φ和设计温度下的材料许用应力［σ］t：\n"）；

scanf（"%f%f%f"，＆P，＆q3，＆q2）；

p＝Dc*sqrt（（k2*P）/（q3*q2））；

printf（"计算壁厚是：%f\n\n"，p）；

/*输入已知量和以前计算结果从而计算出壁厚*/

printf（"3.密封罩壁厚计算：\n3.1按GB　150—1998《钢制压力容器》中的式5－1："）；

printf（"请分别输入设计压力P，圆桶内直径Di，设计温度下的许用应力和焊缝系数："）；

/*提示要计算的量，计算依据和计算方法，原样输出*/

scanf（"%f%f%f%f"，＆mfzbh1，＆mfzbh2，＆mfzbh3，＆mfzbh4）；

jg3＝10*mfzbh1*mfzbh2/（2*mfzbh3*mfzbh4－mfzbh1）；

printf（"密封罩计算壁厚为：%f\n"，jg3）；

/*输出计算结果*/

printf（"3.2筒体底部壁厚的计算：\n"）；

printf（"按GB　150—1998《钢制压力容器》中7.4.2平盖计算中的7.4.2.1圆形平盖厚度的式7－29\n"）；

printf（"δp＝Dc？｛KPc/（［б］ε？Φ）｝1/2\n"）；

printf（"其中，Dc为计算直径，K为结构特征系数\n"）；

printf（"请确定并输入计算直径Dc，结构特征系数K、工作压力P、设计温度下的许用应力［б］和焊缝系数Φ："）；

/*提示计算依据与方法，原样输出*/

scanf（"%f%f%f%f%f"，＆jszj，＆jgtzxs，＆gcyl，＆sjwdxdxyyl，＆hfxs）；

ds＝jgtzxs*gcyl/（sjwdxdxyyl*hfxs）；

dp＝jszj*sqrt（ds）；

printf（"密封罩计算壁厚为：%f\n"，dp）；

printf（"最终壁厚为：%f\n\n（参考）"，4*dp）；

/*输出计算结果*/

printf（"4.螺栓强度计算：\n"）；

printf（"4.1传感器的壳体与前后盖用螺栓连接，组成压力容器。螺栓承受轴向载荷，载荷作用于螺栓组中心，这时各个螺栓所受载荷相同，\n"）；

printf（"请输入工作压力P和螺栓组分布中心圆直径D："）；

/*提示计算依据与方法，原样输出*/

scanf（"%f%f"，＆PL，＆DL）；

T＝PL*3.14*DL*DL/8；

Q＝1.3*2.5*T；

printf（"计算得螺栓组所受拉伸载荷为：%f\n"，Q）；

printf（"根据GB　3098.1《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》表7，\n按选定螺栓性能等级8.8查取螺栓公称直径和Q保，请输入Q保：\n"）；

/*提示输入必要参数*/

scanf（"%f"，＆qb）；

printf（"计算得所需螺栓个数为：%f\n"，Q/（qb－6））；

printf（"一般的，实际所需螺栓数为计算的3～4倍，故实际约需%f个螺栓\n\n\n\n"，3*Q/（qb－6））；

printf（"第%d次计算循环已全部完成！\n\n\n\n\n"，i）；

/*显示当前计算循环次数*/

｝

｝

程序清单输入Borland　C、Turbo　C、WinTC或其他C语言编译软件（本文使用安阳工学院设计开发的《C与C＋＋程序设计学习与试验系统2012.5》软件），运行后其程序执行状态如图3～图4所示。

图3 等待输入各参数（程序开始执行）

图4 第1次全部计算完成（进入下一个计算循环）

工作时，设计者应用该程序，只需根据提示输入要求的设计参数，便可快捷无误地计算出设计结果，实现了参数化过程设计。另外，由于各类编程语言具有一定的通融性，本文也为Visual　Basic、C＋＋和Java等其他语言编程解决此类问题提供了思路。

2 结语

应用计算机程序将复杂的设计计算过程编写为软件，可大大减轻设计人员的计算负担，提高容积式流量仪表的设计效率。此为流量仪表设计引入了新方法，也用实例展示了计算软件给传统工程设计计算注入的新思想、新活力。