电子设计应用软件训练总结报告
沈阳航空航天大学电子信息工程学院
电子设计应用软件训练
总结报告
学生姓名:
专 业:
班 级:
学 号:
指导教师:
训练时间:20xx年 7月7日至 20xx年7月11日 电子信息工程学院电子设计应用软件训练任务
【训练任务】:
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1、熟练掌握PROTEUS软件的使用;
2、按照设计要求绘制电路原理图;
3、能够按要求对所设计的电路进行仿真。
【基本要求及说明】:
1、按照设计要求自行定义电路图纸尺寸;
2、设计任务如下:
利用51单片机、一个发光二极管,设计一个单片机闪烁灯显示系统,要求发光二极管接在P1.0 端口,发光二极管不停地一亮一灭,一亮一灭的时间间隔为0.2 秒。
3、按照设计任务在Proteus 6 Professional中绘制电路原理图;
4、根据设计任务的要求编写程序,在Proteus下进行仿真,实现相应功能。
【按照要求撰写总结报告】
成绩:_____
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一、 任务说明
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本次任务是利用51单片机、一个发光二极管,设计一个单片机闪烁灯显示系统,要求发光二极管接在P1.0 端口,发光二极管不停地一亮一灭,一亮一灭的时间间隔为0.2 秒。
首先要明确MCS-51单片机的工作原理,在此基础上利用MCS-51汇编语言编写程序,再载入到用Proteus软件所连电路原理图中实现控制二极管亮灭。此次任务需要完成电路原理图的绘制、单片机汇编语言的编程,并将二者联系起来进行仿真。
通过本次设计任务熟悉Proteus软件的工作环境,掌握基本的操作流程和使用方法,以及将所学的单片机相关知识进行复习巩固,加深印象。
二、 原理图绘制说明
总体而言,一个完善的系统最重要的是稳定,精确,设计简单,修护容易,成本低,体积小。满足以上条件的系统我们都可以说是完善的系统。因此,我在设计中选用了一些比较成熟的器件,这些器件都经过时间的考验,能稳定的工作,同时,价格也相对便宜。下面对原理图中主要的硬件进行简单介绍。
1.AT89C51的基本概述
AT89C5l单片机,是一种低功耗、高性能的、片内含有4KB Flash ROM的8位CMOS单片机,工作电压范围为2.7~6V(实际使用+5V供电),8位数据总线。它有—个可编程的全双工串行通信接口,能同时进行串行发送和接收。AT89C51具有4K并行可编程的非易失性FLASH程序存储器,可实现对器件串行在系统编程ISP和在应用中编程(IAP)。在系统编程ISP(In-System Programming)当MCU安装在用户板上时允许用户下载新的代码在应用中编程。IAP(In-Application Programming)MCU可以在系统中获取新代码并对自己重新编程,这种方法允许通过调制解调器连接进行远程编程。片内ROM中固化的默认的串行加载程序Boot Loader允许ISP通过UART将程序代码装入Flash存储器,而Flash代码中则不需要加载程序对于IAP用户程序通过使用片内ROM中的标准程序对Flash存储器进行擦除和重新编程。下图1为AT89C51管脚图。
(1)引脚功能说明:
P0 口:一组8位漏极开路型双向I/O口,也即地址/数据总线复用口。作为输出口时,每位能吸收电流的方式驱动8个TTL逻辑门电路,对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。在Flash编程中,P0口接收指令字节;在校验时,输出指令字节,校验时,要求外接上拉电阻。
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图1 AT89C51引脚图
表1 P3口的引脚的第二功能
端口引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7
第二功能 RXT(串行输入口) TXD(串行输出口) INT0(外中断0) INT1(外中断1) T0(定时/计数器0) T1(定时/计数器1) WR(外部数据存储器写选通) RD(外部数据存储器读选通)
P1口:一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口,P1口的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。
P2口:一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2 口的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。
P3口:一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口,P3 口的输出缓冲级可驱动4个TTL逻辑门电路。第二功能如表1所示:
RST:复位输入。在振荡器工作时,该引脚出现两个机器周期以上的高电平将使单片机复位。
PSEN:程序储存允许输出是读通信号。当AT89C51由外部程序存储器取指令
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(数据)时,每个机器周期两次PSEN有效。
EA/VPP:外部访问允许。要使CPU仅仅访问外部程序存储器,EA端必须保持低电平。如果EA端为高电平,接Vcc端,CPU则执行内部程序存储器中的指令。
XTAL1:振荡器反向放大器及内部时钟发生器的输入端。
XTAL2:振荡器反向放大器输入端。
2.振荡电路模块
图2 振荡电路图
不需要外加信号就能自动地把直流电能转换成具有一定振幅和一定频率的交流信号的电路就称为振荡电路或振荡器。这种现象也叫做自激振荡。或者说,能够产生交流信号的电路就叫做振荡电路。
单片机芯片内部设有一个反向放大器所构成的振荡器,18脚和19脚分别为振荡电路的输入端和输出端,时钟由内部电路产生,定时器件为石英晶体和电容组成的并联谐振回路,电容C1,C2的取值在 10-40pf。上图2为振荡电路模块。
3.输出控制模块
如图3所示,当P1.0端口输出高电平时,根据发光二极管的单向导电性可
图3 输出控制电路图 4.复位电路模块
MCS-51的复位是由上电复位电路来实现的。复位引脚通过RST通过一个施密
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特触发器与复位电路相连,施密特触发器用来抑制噪声,在每个机器周期的S5P2,施密特触发器的输出电平由复位电路采样一次,然后才能得到内部复位操作所需的信号。如图4所示为复位电路模块。
图4 复位电路
5.系统设计电路模块
按照设计的要求正确连接电路。系统总设计电路如附录I所示,其中单片机的P1.0口接输出控制电路,组成单片机闪烁灯显示系统。
三、流程图绘制及说明
1.流程图绘制说明
本次设计一个单片机闪烁灯显示系统,要求发光二极管接在P1.0 端口,发光二极管不停地一亮一灭,一亮一灭的时间间隔为0.2 秒。也就是说设计的P1.0口的输出应为一个周期为0.4秒,占空比为50%的方波。编写汇编语言时的相关计算:
石英晶体为12MHz,所以机器周期为1微秒。定时器T0工作在方式1,采用查询方式。50ms为一次查询,0.2s则需查询4次。
设需要装入的初值为X,则有(216-X)*10-6=0.5*10- 1
解得 X=15536=3CB0H
所以,T0的初值为
TH0=3CH TL0=0B0H
设计的汇编语言源程序如附录II所示,在Keil软件中运行,以产生“.hex”文件,以便在PROTEUS软件对原理图进行仿真中使用。
2.程序流程图
流程图如图5所示
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图5 程序流程图 四、Protues仿真说明
在总电路图中,双击AT89C51,出现如图6所示对话框,在Program File中导入“.hex”文件,点击“确定”,就将此程序在Keil中进行编译生成“.hex”文件,将其导入单片机中。
图6 载入“.hex”文件
导入程序后,开始仿真。由于二极管亮灭只差0.2秒,由于肉眼观察不精确,所以加了一个示波器。仿真结果为脉冲宽度为0.2s的方波,如图7所示为电路原理
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图,图8为仿真结果图。
图7 仿真原理图
图8 仿真结果图
五、总结
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单片机自20世纪70年代问世以来,已对人类社会产生了巨大的影响。而今随着科技的迅猛发展,单片机已经成为了当今高新技术的中坚力量,站着主导地位,在日常生活中随处都可以见到应用单片机的系列产品,因此,掌握单片机的开发技术是十分重要的。
在本次的Proteus应用软件训练中,主要是针对Proteus软件工作环境的熟悉以及掌握基本的操作,实现电路原理图的绘制及电路仿真的实现。在这次课设中,我学到了很多的东西,对此软件也有了大致的了解,巩固了在单片机课中所学的知识,而且还学会了一些在书本以外的知识,丰富了我的单片机知识。
通过这次的课程设计,我充分认识到理论与实际相结合的重要性,理论知识再丰富,没有实际的操作经验自身的额能力是不会有所提高的,这样还可以锻炼我们的实际动手操作能力和独立思考能力。
在这次的而课程设计中,我也遇到了很多的困难。首先是单片机的编程,后来经过调试将存在的错误一一改正。其次由于对Proteus软件工作环境的不熟悉,造成了很多的错误,于是我就开始查找书籍等相关资料,对Proteus软件有了进一步的了解,也基本掌握了其操作,在此之后,进行其他操作就顺利多了,最后实现了题目的要求。
这次课程设计能够顺利完成,在此非常感谢帮助我的同学及老师的耐心指导。
六、参考文献
[1]谢龙汉,莫衍.Proteus电子电路设计及仿真. [M]北京:电子工业出版社,2012.
[2] 楼然苗,李光飞.51系列单片机设计实例.[M]北京:北京航空航天大学出版社, 2001.
[3] 李朝青.单片机原理及接口技术.[M]北京:北京航空航天大学出版社,1994.
[4] 张毅刚,刘杰.MCS-51单片机原理及应用.[M]哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2004.
[5] 黄河,郭纪林.单片机原理及应用.[M]大连:大连理工大学出版社, 2006.
[6] 陈雪丽.单片机原理及接口技术.[M]西安:化学工业出版社,2005.
附录I 仿真电路图
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附录II 元器件清单
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附录III 源程序
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ORG 0000H
AJMP START
ORG 0100H
START:
MOV TMOD,#01H MOV B,#4H
LOOP:
SETB TR0
JNB TF0,LOOP CLR TF0
CLR TR0
MOV TH0,#3CH MOV TL0,#0B0H DJNZ B,LOOP
CPL P1.0
SJMP START
END
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第二篇:专业软件训练报告
目 录
第一章 过程设备强度计算软件SW6. 2
1.1.问题描述... 2
1.2.问题解决... 2
第二章 有限元分析软件ANSYS. 5
2.1.ANSYS软件介绍... 5
2.1.1.软件功能简介... 5
2.1.2. 前处理模块PREP7. 6
2.1.3.求解模块SOLUTION.. 6
2.2.加氢反应器裙座支撑区的机械应力分析... 6
2.2.1.问题描述... 6
2.2.2.模型结构分析... 7
2.2.3.模型载荷分析... 8
2.2.4.应力强度校核... 10
2.2.5.应力强度评定... 11
结 束 语... 11
附 录... 13
附录一... 13
参考文献... 15
第一章 过程设备强度计算软件SW6
1.1.问题描述
设计条件:
设计压力 , 设计温度
长边内侧长度 , 短边内侧长度 ,
容器轴向长度 ,材料钢号为,
焊缝设在点。
试确定所需的计算后度。
模型如图1所示:
图1 模型结构图
1.2.问题解决
此问题结果输出如表一过程设备强度计算书所示
表一、过程设备强度计算书
第二章 有限元分析软件ANSYS
2.1.ANSYS软件介绍
ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发,它能与多数CAD软件接口,实现数据的共享和交换,如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I-DEAS, AutoCAD等, 是现代产品设计中的高级CAD工具之一。
2.1.1.软件功能简介
软件主要包括三个部分:前处理模块,分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具,用户可以方便地构造有限元模型;分析计算模块包括结构分析(可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析)、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析,可模拟多种物理介质的相互作用,具有灵敏度分析及优化分析能力;后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示(可看到结构内部)等图形方式显示出来,也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了100种以上的单元类型,用来模拟工程中的各种结构和材料。该软件有多种不同版本,可以运行在从个人机到大型机的多种计算机设备上,如PC,SGI,HP,SUN,DEC,IBM,CRAY等。目前版本为ANSYS5.7版,其微机版本要求的操作系统为Windows 95/98或Windows NT,也可运行于UNIX系统下。微机版的基本硬件要求为:显示分辨率为1024×768,显示内存为2M以上,硬盘大于350M,推荐使用17英寸显示器。
启动ANSYS,进入欢迎画面以后,程序停留在开始平台。从开始平台(主菜单)可以进入各处理模块:PREP7(通用前处理模块),SOLUTION(求解模块),POST1(通用后处理模块),POST26(时间历程后处理模块)。ANSYS用户手册的全部内容都可以联机查阅。
用户的指令可以通过鼠标点击菜单项选取和执行,也可以在命令输入窗口通过键盘输入。命令一经执行,该命令就会在.LOG文件中列出,打开输出窗口可以看到.LOG文件的内容。如果软件运行过程中出现问题,查看.LOG文件中的命令流及其错误提示,将有助于快速发现问题的根源。.LOG 文件的内容可以略作修改存到一个批处理文件中,在以后进行同样工作时,由ANSYS自动读入并执行,这是ANSYS软件的第三种命令输入方式。这种命令方式在进行某些重复性较高的工作时,能有效地提高工作速度。
2.1.2. 前处理模块PREP7
双击实用菜单中的“Preprocessor”,进入ANSYS的前处理模块。这个模块主要有两部分内容:实体建模和网格划分。
1.实体建模:
ANSYS程序提供了两种实体建模方法:自顶向下与自底向上。
自顶向下进行实体建模时,用户定义一个模型的最高级图元,如球、棱柱,称为基元,程序则自动定义相关的面、线及关键点。用户利用这些高级图元直接构造几何模型,如二维的圆和矩形以及三维的块、球、锥和柱。无论使用自顶向下还是自底向上方法建模,用户均能使用布尔运算来组合数据集,从而“雕塑出”一个实体模型。ANSYS程序提供了完整的布尔运算,诸如相加、相减、相交、分割、粘结和重叠。在创建复杂实体模型时,对线、面、体、基元的布尔操作能减少相当可观的建模工作量。ANSYS程序还提供了拖拉、延伸、旋转、移动、延伸和拷贝实体模型图元的功能。附加的功能还包括圆弧构造、切线构造、通过拖拉与旋转生成面和体、线与面的自动相交运算、自动倒角生成、用于网格划分的硬点的建立、移动、拷贝和删除。
自底向上进行实体建模时,用户从最低级的图元向上构造模型,即:用户首先定义关键点,然后依次是相关的线、面、体。
2.网格划分:
ANSYS程序提供了使用便捷、高质量的对CAD模型进行网格划分的功能。包括四种网格划分方法:延伸划分、映像划分、自由划分和自适应划分。延伸网格划分可将一个二维网格延伸成一个三维网格。映像网格划分允许用户将几何模型分解成简单的几部分,然后选择合适的单元属性和网格控制,生成映像网格。ANSYS程序的自由网格划分器功能是十分强大的,可对复杂模型直接划分,避免了用户对各个部分分别划分然后进行组装时各部分网格不匹配带来的麻烦。自适应网格划分是在生成了具有边界条件的实体模型以后,用户指示程序自动地生成有限元网格,分析、估计网格的离散误差,然后重新定义网格大小,再次分析计算、估计网格的离散误差,直至误差低于用户定义的值或达到用户定义的求解次数。
2.1.3.求解模块SOLUTION
前处理阶段完成建模以后,用户可以在求解阶段获得分析结果。
点击快捷工具区的SAVE_DB将前处理模块生成的模型存盘,退出Preprocessor,点击实用菜单项中的Solution,进入分析求解模块。在该阶段,用户可以定义分析类型、分析选项、载荷数据和载荷步选项,然后开始有限元求解。
2.2.加氢反应器裙座支撑区的机械应力分析
2.2.1.问题描述:
某加氢精制反应器,设计压力P=8.8MPa,设计温度T=347℃。
材料为,弹性模量E=2.0X105MPa,泊松比。
设计温度下材料设计应力强度:裙座锻造结构Sm=115.5MPa;筒体及封头主体(板材)Sm1=153.7MPa。设备总重=270000kg。
h型锻件尺寸为:筒体内半径R1=1406.5mm.壁厚t1=87mm;球封头内半径R2=1416.5mm,壁厚t2=52mm;裙座壁厚t3=22mm;过渡圆角半径r=20mm;锻造高度H=568mm。试对该加氢反应器裙座支撑区的应力进行分析。
图1 h型锻件示意图
2.2.2.模型结构分析:
此加氢精制反应器结构中筒体与封头连接处、裙座支撑区等部位均需要按分析设计方法进行强度分析,这些部位应力大体上有一次总体薄膜应力,一次弯曲应力,一次局部薄膜应力,二次应力,峰值应力。此反应器承受这些应力后可能产生过度变形和失稳失效。此模型结构图如图2所示:
图2 模型结构图
2.2.3.模型载荷分析:
取筒体到裙座支承处的高度h=615,裙座体高度h1=1500,筒体长度h2=1000。
进入ANSYS,通过设置计算类型、选择单元类型、定义材料参数、定义截面、生成几何模型、网格划分、模型施加约束和分析计算输出结果。
其中此模型施加的约束包括内表面施加内压、筒体端部施加轴向平衡面载荷、裙座底端线段施加轴向位移约束、封头对称面施加x方向位移约束。
模型承受载荷输出图如图3所示:
图3 模型载荷图
模型受载后变形输出图如图4所示:
图4 模型变形图
模型分析截面路径的选取如图5所示:
图5 模型路径图
2.2.4.应力强度校核:
1.计算条件:设计压力P=8.8MPa,设计温度T=347℃。材料为,弹性模量E=2.0X105MPa,泊松比。设计温度下材料设计应力强度:筒体及封头主体(板材)Sm=153.7MPa。
2.以上分析路径应力强度分布图如图6所示:
图6 应力分布图
3.根据模型路径图可知,此截面处于筒体与封头连接的几何不连续部位,均存在由内压产生的应力,这些应力主要包括一次局部薄膜应力,二次应力,峰值应力。这些加氢反应器裙座支撑区的机械应力可能会破坏容器甚至使其失稳,因此需对此进行应力强度校核。其校核过程如下:
(1)根据第三强度理论计算出应力强度,根据附录一中** TOTAL ** 可知:
;
应力强度应该满足以下限制条件:
;满足强度要求
(2)一次总体薄膜应力呈总体分布,且无自限性,只要一点屈服就会使整个截面以至总体范围屈服,并引起显著的总体变形,因此采用弹性失效设计准则校核。根据附录一中** MEMBRANE **可知:
;
一次总体薄膜应力强度有以下限制条件:
;满足强度要求
(3)一次局部薄膜应力,其中有一次应力的成分,也有二次应力的成分。它既有局部性,有的还有二次应力的自限性。另一方面局部薄膜应力过大,会使局部材料发生塑性流动,引起局部薄膜应力的重新分布,即把载荷从结构的高应力区向低应力区转移。根据附录一中** MEMBRANE **可知:
;
因此需满足以下限制条件:
;满足强度要求
(4)除及应单独作为应力强度校核外,压力容器中的峰值应力由于具有高度的局部性,不会引起任何明显的变形,仅可能引起疲劳裂纹或脆性断裂,因此无需进行强度校核。
(5)由于压力容器中的二次应力和一次弯曲应力一般不单独存在,通常与或组合存在。组合应力完全可能大到使材料发生局部屈服,因此采用塑性失效设计准则校核。根据附录一中** MEMBRANE PLUS BENDING **可知:
;
对组合应力强度有以下限制条件:
;满足强度要求
2.2.5.应力强度评定:
根据以上应力强度校核可知:在此设计状态下,加氢反应器裙座支撑区的机械应力强度均满足各限制条件,所以此应力强度评定合格。
结 束 语
“千里之行,始于足下”,这一周左右短暂而又充实的软件培训实习,我认为对我走向社会起到了一个桥梁的作用,是人生的一段重要的经历,也是一个重要步骤,对我将来走上工作岗位也有着很大帮助,可以避免我毕业后碰到一些实际问题而无从下手。
这段时间的学习不仅使我熟悉了有限元分析软件ANSYS和过程设备强度计算软件SW6的操作,而且学会该如何在这些应用软件中对压力容器进行受力分析和应力强度校核问题。使我不但对过程设备设计这门专业课有了深刻的理解,并将课本中所学的知识在此实习中运用到实践中。这段时间所学到的经验和知识大多来自老师和同学们的教导,这是我一生中的一笔宝贵财富。在此期间,我向同学们虚心求教,遵守纪律,同时提高了我思考问题的全面性和动手操作能力。
这次软件培训也让我深刻了解到,现代先进的科学技术正在飞速的发展,以后在工作中会遇到许多类似的实际应用软件需要我们去学习。对于自己这样一个即将大学毕业走向社会的人来说,需要学习的东西还很多,需要继续努力。此次学习使我在实践中了解社会,让我学到了很多在课堂上根本学不到的知识,也为我以后进一步走向社会打下坚实的基础。
最后,衷心感谢学校给我们提供这次的软件实习机会,感谢三位老师的指导和教诲!
附 录
附录一:
PRINT LINEARIZED STRESS THROUGH A SECTION DEFINED BY PATH= 1-1 DSYS= 0
***** POST1 LINEARIZED STRESS LISTING *****
INSIDE NODE = 360 OUTSIDE NODE = 979
LOAD STEP 1 SUBSTEP= 1
TIME= 1.0000 LOAD CASE= 0
THE FOLLOWING X,Y,Z STRESSES ARE IN THE GLOBAL COORDINATE SYSTEM.
** MEMBRANE **
SX SY SZ SXY SYZ SXZ
1.976 33.16 54.72 13.59 0.000 0.000
S1 S2 S3 SINT SEQV
54.72 38.25 -3.117 57.84 51.61
** BENDING ** I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDE
SX SY SZ SXY SYZ SXZ
I 3.682 71.87 26.59 32.01 0.000 0.000
C 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
O -3.682 -71.87 -26.59 -32.01 0.000 0.000
S1 S2 S3 SINT SEQV
I 84.55 26.59 -8.991 93.54 81.78
C 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
O 8.991 -26.59 -84.55 93.54 81.78
** MEMBRANE PLUS BENDING ** I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDE
SX SY SZ SXY SYZ SXZ
I 5.659 105.0 81.31 45.61 0.000 0.000
C 1.976 33.16 54.72 13.59 0.000 0.000
O -1.706 -38.72 28.14 -18.42 0.000 0.000
S1 S2 S3 SINT SEQV
I 122.8 81.31 -12.10 134.9 119.7
C 54.72 38.25 -3.117 57.84 51.61
O 28.14 5.898 -46.32 74.46 66.20
** PEAK ** I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDE
SX SY SZ SXY SYZ SXZ
I 3.892 20.66 8.184 3.756 0.000 0.000
C -0.4063 -20.29 -6.507 -6.859 0.000 0.000
O 1.646 31.91 10.57 18.11 0.000 0.000
S1 S2 S3 SINT SEQV
I 21.46 8.184 3.089 18.37 16.43
C 1.730 -6.507 -22.42 24.15 21.27
O 40.38 10.57 -6.824 47.20 41.34
** TOTAL ** I=INSIDE C=CENTER O=OUTSIDE
SX SY SZ SXY SYZ SXZ
I 9.550 125.7 89.49 49.36 0.000 0.000
C 1.570 12.87 48.22 6.734 0.000 0.000
O -0.5987E-01 -6.812 38.71 -0.3076 0.000 0.000
S1 S2 S3 SINT SEQV TEMP
I 143.8 89.49 -8.594 152.4 133.8 0.000
C 48.22 16.01 -1.570 49.79 43.73
O 38.71 -0.4589E-01 -6.826 45.53 42.55 0.000
参考文献
l 王志文,蔡仁良编著. 化工容器设计. 北京:化学工业出版社,2005
l 谭天恩,窦梅,周明华等编著. 化工原理. 北京:化学工业出版社,2006
l 贺国匡等. 化工设备设计. 北京:化学工业出版社,2002
l 王非,林英. 化工设备设计全书. 北京:化学工业出版社,2005
l 王宽福编著. 压力容器焊接结构工程分析. 北京:化学工业出版社,1998