廣州某公司生產中的中間槽發生了腐蝕穿孔現象，被迫停產改造。由于屢次發生這種現象，因此重新設計制造非常必要。中間槽存貯的液體主要是四氯化碳，由于生產過程中原料有氯氣，因此液體中含有少量的氯，溶于水中形成5%的鹽酸。生產過程由于是化學反應，因此溫度在50-60‘C。原有 設備是采用321不銹鋼，液體中含有的微量鹽酸能腐蝕碳鋼和絕大多數不銹鋼。不能長時間耐腐蝕。鹽酸不能腐蝕塑料材料，但是由于四氯化碳是有機溶劑，與乙醇、醚、乙醚可以任意比例混合，對許多有機物，如脂肪、油類等有較好的溶解性能，亦能溶解硫、磷、鹵素等無機物。因此否定使用塑料材料的可能。雖然可以考慮采用能抗腐蝕的特種不銹鋼，但是經過供應部門向市場調查后，發現很難買到這類材料。經分析借鑒同行的經驗，使用鐵來作為設備的材料。

1設計分析

1.1欽的性能

1.1.1密度小，比強度高

金屬欽的密度為4.51歲cm3，高于鋁而低于鋼、銅、鎳，但比強度高于鋁合金和高強合金鋼。

1.1.2彈性模量低

欽的彈性模量在常溫時為106.4GMPa，為鋼的57%o

1.1.3導熱系數小

金屬欽的導熱系數小，是低碳鋼的五分之一，銅的二十五分之一。

1.1.4杭拉強度與其屈服強度接近

欽的這一性能說明其屈強比(抗拉強度/屈服強度)高，表示了金屬欽材料在成形時塑性變形差。由于欽的屈服極限與彈性模量的比值大，使欽成型時的回彈能力大。

1.1.5耐熱性能好

新型欽合金可在600℃或更高的溫度下長期使用。

1.1.6耐低溫性能好

欽合金TA7(Ti一5A1一2.5Sn),TC4(Ti一6A1一4V)和Ti-2.5Zr一1.5Mo等為代表的低溫鐵合金，其強度隨溫度的降低而提高，但塑性變化卻不大。

1.1.7耐腐性性能

欽是一種非常活潑的金屬，其平衡電位很低，在介質中的熱力學腐蝕傾向大。但實際上欽在許多介質中很穩定，如欽在氧化性、中性和弱還原性等介質中是耐腐蝕的。這是因為欽和氧有很大的親和力，在空氣中或含氧的介質中，欽表面生成一層致密的、附著力強、惰性大的氧化膜，保護了鐵基體不被腐蝕。即使由于機械磨損也會很快自愈或重新再生。

這表明了欽是具有強烈鈍化傾向的金屬;介質溫度在315`C以下欽的氧化膜始終保持這一特性。

為了提高欽的耐蝕性，研究出氧化、電鍍、等離子噴涂、離子氮化、離子注人和激光處理等表面處理技術，對欽的氧化膜起到了增強保護作用，獲得了所希望的耐腐蝕效果。

1.2設備的設計要求

設備放置于生產廠房的二樓，樓層高約4m。考慮到設備底座、設備頂部、底部要安裝的閥門所占的空間，客觀要求設備不能高過3m，否則就要打穿樓板。

2設計尺寸初步確定

2.1設備的經濟尺寸的選擇

2.2設備的壁厚設計(經驗設計法)

儲罐的圓筒形罐壁主要受到儲液的液體靜壓力，此靜壓力是按三角形分布的，因此儲罐的罐壁的設計主要是計算合適的壁厚，采用薄膜理論來計算。本設計需用的儲罐是等壁厚儲罐。

因此可以用簡化計算公式：

綜合考慮到欽板的厚度負公差以及欽板的規格，加上所儲存的液體為有腐蝕性的物料，因此需要按強度要求給強度要求理論計算值一個稍大的安全系數，使其能完全滿足剛度的要求，確定儲罐的尺寸如下:

當然，有些設計者為保險起見，直接使用5mm,6mm的板來制造加工設備也是完全可能的，并沒有太嚴格的限制。所以完全按經驗來確定的壁厚，并不能確定是否為最合理的方案。

2.3設備的總重量

設備主要由槽底、槽頂、槽身組成，分別計算:

3用模糊評價法確定設備的壁厚腐蝕裕量

模糊評價法是CAE中常用的一種數學分析方法。將工程中的問題建立數學模型來進行分析處理是其基本的思路和方法。可以使用數學方法來建立工程問題的數學模型，進行分析計算。

本設計中的腐蝕裕量取值在1.5一3之間，此設備的設計水平較高，制造水平一般，材料較好，非常重要。按以下步驟建立數學模型:

3.1建立屬性集

影響腐蝕裕量的屬性主要有:設計水平，制造水平，材質，重要程度，所以屬性集為A=}設計水平，制造水平，材質，重要程度}。

3.2建立權重集

在各屬性中，側重重要程度，確定權重集為F=(0.26,0.20,0.24,0.30)。

3.3建立評價集

腐蝕裕量C,=1.5一3，將該區間按等步長(h=0.3)分離，建立評價集為K={1.5,1.8,2.1,2.4,2.7,3.0}，當然可以取得更小。

3.4單因素評價

按一個因素出發進行評價，定出腐蝕量對各離散值的隸屬度，得出評價集為

3.5模糊綜合評價

進行F和R合成，使用近幾年來CAE設計中常用的處理軟件MATLAB6.5來處理矩陣，可得

3.6用MATLAB編程功能可以完全確定以上所有的參數在MATLAB中輸人源程序:

%號后面全部為程序的注釋說明

D=3.0;%儲罐直徑和最高液面到圓板下端的距離;

H=3.0;

%用模糊評價法確定設備的壁厚腐蝕裕量;

%建立權重集;

3.7運行得到全部的結果

4兩種設計的造價成本對比分析

制造廠家的設備報價(含加工費):20萬元/t

由此對比可知:

由此可見，合理的設計方案對于控制設備成本有極為現實可觀的效果。單純的按經驗設計并不是合理的設計方法，設計人員一定要有成本控制意識，控制最合理的方案就是為企業創造效益。

5結束語

設計者應該意識到，關于機械設計的各種新的分析理論應該越來越受到工程設計界的關注，相應的方法及工具正開始大量應用到實際設計工作中。掌握并使用這些方法可以克服單憑經驗設計的不足。