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全焊接板式換熱器應(yīng)力分析及評定

2014-07-14 02:33何志偉
中國科技縱橫 2014年6期
關(guān)鍵詞:有限元模型應(yīng)力分析

何志偉

【摘 要】 利用美國ANSYS股份有限公司研發(fā)的一種基于大型通用有限元分析的ANSYS軟件,融合了耦合場、電磁場、聲體、流體等技術(shù)。通過構(gòu)建全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱有限元模型,并根據(jù)有限元模型相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行深入分析與研究,最后根據(jù)計算后的應(yīng)力分布情況與數(shù)值大小,對全焊接板式換熱器應(yīng)力進行全面的評定,進而有效促進全焊接板式換熱器管側(cè)集箱的改進,提高全焊接板式換熱器的實際應(yīng)用性能。本文主要針對全焊接板式換熱器應(yīng)力分析及評定進行研究。

【關(guān)鍵詞】 ANSYS軟件 有限元模型 全焊接板式換熱器 應(yīng)力分析

全焊接板式換熱器是由一種特殊的不銹鋼材料,以特定的模具壓制而成,具有高效的傳熱性能、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝便捷、質(zhì)量輕、使用靈活、密封性良好、占地面積小以及對環(huán)境污染程度小等優(yōu)勢,廣泛應(yīng)用于化工領(lǐng)域、原油領(lǐng)域、天然氣凈化處理、化工產(chǎn)品、石油領(lǐng)域、冶金領(lǐng)域、熱電廠、食品領(lǐng)域等。在全焊接板式換熱器當中普遍存在鋼板對接焊縫易燒穿無法成型的問題,因此,對全焊接板式換熱器應(yīng)力分析及評定是十分必要的[1]。

1 全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱結(jié)構(gòu)分析

全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱主要是由以及幾部分構(gòu)成:加強圈、前管側(cè)端板、后管側(cè)端板、上連接板、下連接板、上管側(cè)端板、下管側(cè)端板構(gòu)成的一個表面為矩形的容器。此外,在全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱的外面,又焊有一層加強圈,起到保護全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱分裂的作用[2]。

2 全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析與力學(xué)模型

根據(jù)全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱結(jié)構(gòu)特征與設(shè)計要求,利用大型通用有限元分析軟件ANSYS,通過前處理器PREP7命令,構(gòu)建全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱有限元分析模型,并通過Shell63彈性殼單元描述,對全焊接板式換熱器應(yīng)力分布情況與數(shù)值大小進行分析全面分析[3]。

2.1 前后管則端板與上下連接板搭接的力學(xué)模型

在構(gòu)建的有限元模型中,根據(jù)全焊接換熱器管側(cè)集合箱的結(jié)構(gòu)性能與載荷性能,取四分之一的全焊接換熱器管側(cè)集合箱進行分析。

2.2 分析約束條件

由于只取四分之一的全焊接換熱器管側(cè)集合箱進行分析,因此,在有限元模型對稱面上施加對稱約束,即對上下連接板與其他部分連接的部位均施加固定約束,前管側(cè)端板、后管側(cè)端板、上連接板、下連接板、上管側(cè)端板、下管側(cè)端板也是如此[4]。

2.3 有限單元的選擇

有限單元的選擇主要分為三個部分,一是定義單元類型的選擇,應(yīng)選擇具有較大變形能力與應(yīng)力強度,包括自由度X、Y、Z方向與繞X、Y、Z軸方向,全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱結(jié)構(gòu)有限單元的選擇主要采用Shell63彈性殼單元;二是材料屬性的定義,包括材料的溫度為80攝氏度、壓強為0.22兆帕斯卡、材料彈性模量值為190G Pa、加強圈彈性模量值為200G Pa、泊松比為0.29;三是網(wǎng)格劃分方法選擇自由的方式。

3 全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱結(jié)構(gòu)應(yīng)力評定

通過對全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱應(yīng)力實驗可以看出,通常情況下,全焊接板式換熱器最大應(yīng)力出現(xiàn)在管側(cè)集合箱上下管側(cè)端板上,并且最大應(yīng)力數(shù)值高達165.255兆帕斯卡,如表1所示。

通過對表1中的數(shù)據(jù)分析可以得出,全焊接板式換熱器最大應(yīng)力出現(xiàn)在管側(cè)集合箱上下管側(cè)端板的中間部分,這與全焊接板式換熱器設(shè)計的最大應(yīng)力數(shù)值和最大值位置部分是一致的,同時也證明了構(gòu)建的該有限元模型與全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱實際最大應(yīng)力數(shù)值是符合的。除此之外,還可以有效分析出全焊接板式換熱器管側(cè)側(cè)端板的危險部分,也就是管側(cè)集合箱最大應(yīng)力出現(xiàn)處,即矩形表面最長邊的中心點。這充分說明了構(gòu)建有限元模型是正確、有效、可行的。

此外,根據(jù)國家2005年對機械、汽車、壓力容器行業(yè)標準JB4732-1995《鋼制壓力容器-分析設(shè)計標準》的修改,加強的了壓力容器行業(yè)的校對與審核標準。而根據(jù)表2全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱應(yīng)力的最大值及位置可以看出,全焊接板式換熱器強度符合國家標準要求,其結(jié)構(gòu)是安全、可行的[5]。

4 結(jié)語

利用ANSYS軟件,對全焊接式換熱器應(yīng)力分布情況與數(shù)值大小進行分析,進而綜全評定全焊接板式換熱器應(yīng)力,一方面有利于全焊接板式換熱器的進一步改善;另一方面,有利于全焊接板式換熱器的實際應(yīng)用性與可操作性。

參考文獻:

[1]陳滿儒,孫文迪,劉海林等.基于ANSYS的全焊接板式換熱器的應(yīng)力分析與研究[J].中國制造業(yè)信息化研究(上旬刊),2011,13(02):131-132.

[2]祁玉紅,馬東方,李曉麗等.基于ANSYS的固定管板式換熱器的熱應(yīng)力分析及評定研究[J]石油化工腐蝕與防護研究(理論版),2011,22(15):121-122.

[3]朱敬超,陳德林,丁雪興等.焊接板式換熱器連接板熱應(yīng)力有限元分析研究[J].大連科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2010,32(04):163-164.

[4]王維慧,胡光忠,朱躍峰等.基于COMOSWORKS軟件的固定管板式換熱器應(yīng)力分析方法研究[J].中國制造業(yè)信息化研究(下旬刊),2009,26(07):149-151.

[5]陳文超,張鎖龍,劉天豐等.基于COMOSWORKS固定管板式換熱器熱應(yīng)力分析方法研究[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版),2009,26(08):142-145.endprint

【摘 要】 利用美國ANSYS股份有限公司研發(fā)的一種基于大型通用有限元分析的ANSYS軟件,融合了耦合場、電磁場、聲體、流體等技術(shù)。通過構(gòu)建全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱有限元模型,并根據(jù)有限元模型相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行深入分析與研究,最后根據(jù)計算后的應(yīng)力分布情況與數(shù)值大小,對全焊接板式換熱器應(yīng)力進行全面的評定,進而有效促進全焊接板式換熱器管側(cè)集箱的改進,提高全焊接板式換熱器的實際應(yīng)用性能。本文主要針對全焊接板式換熱器應(yīng)力分析及評定進行研究。

【關(guān)鍵詞】 ANSYS軟件 有限元模型 全焊接板式換熱器 應(yīng)力分析

全焊接板式換熱器是由一種特殊的不銹鋼材料,以特定的模具壓制而成,具有高效的傳熱性能、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝便捷、質(zhì)量輕、使用靈活、密封性良好、占地面積小以及對環(huán)境污染程度小等優(yōu)勢,廣泛應(yīng)用于化工領(lǐng)域、原油領(lǐng)域、天然氣凈化處理、化工產(chǎn)品、石油領(lǐng)域、冶金領(lǐng)域、熱電廠、食品領(lǐng)域等。在全焊接板式換熱器當中普遍存在鋼板對接焊縫易燒穿無法成型的問題,因此,對全焊接板式換熱器應(yīng)力分析及評定是十分必要的[1]。

1 全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱結(jié)構(gòu)分析

全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱主要是由以及幾部分構(gòu)成:加強圈、前管側(cè)端板、后管側(cè)端板、上連接板、下連接板、上管側(cè)端板、下管側(cè)端板構(gòu)成的一個表面為矩形的容器。此外,在全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱的外面,又焊有一層加強圈,起到保護全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱分裂的作用[2]。

2 全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析與力學(xué)模型

根據(jù)全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱結(jié)構(gòu)特征與設(shè)計要求,利用大型通用有限元分析軟件ANSYS,通過前處理器PREP7命令,構(gòu)建全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱有限元分析模型,并通過Shell63彈性殼單元描述,對全焊接板式換熱器應(yīng)力分布情況與數(shù)值大小進行分析全面分析[3]。

2.1 前后管則端板與上下連接板搭接的力學(xué)模型

在構(gòu)建的有限元模型中,根據(jù)全焊接換熱器管側(cè)集合箱的結(jié)構(gòu)性能與載荷性能,取四分之一的全焊接換熱器管側(cè)集合箱進行分析。

2.2 分析約束條件

由于只取四分之一的全焊接換熱器管側(cè)集合箱進行分析,因此,在有限元模型對稱面上施加對稱約束,即對上下連接板與其他部分連接的部位均施加固定約束,前管側(cè)端板、后管側(cè)端板、上連接板、下連接板、上管側(cè)端板、下管側(cè)端板也是如此[4]。

2.3 有限單元的選擇

有限單元的選擇主要分為三個部分,一是定義單元類型的選擇,應(yīng)選擇具有較大變形能力與應(yīng)力強度,包括自由度X、Y、Z方向與繞X、Y、Z軸方向,全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱結(jié)構(gòu)有限單元的選擇主要采用Shell63彈性殼單元;二是材料屬性的定義,包括材料的溫度為80攝氏度、壓強為0.22兆帕斯卡、材料彈性模量值為190G Pa、加強圈彈性模量值為200G Pa、泊松比為0.29;三是網(wǎng)格劃分方法選擇自由的方式。

3 全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱結(jié)構(gòu)應(yīng)力評定

通過對全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱應(yīng)力實驗可以看出,通常情況下,全焊接板式換熱器最大應(yīng)力出現(xiàn)在管側(cè)集合箱上下管側(cè)端板上,并且最大應(yīng)力數(shù)值高達165.255兆帕斯卡,如表1所示。

通過對表1中的數(shù)據(jù)分析可以得出,全焊接板式換熱器最大應(yīng)力出現(xiàn)在管側(cè)集合箱上下管側(cè)端板的中間部分,這與全焊接板式換熱器設(shè)計的最大應(yīng)力數(shù)值和最大值位置部分是一致的,同時也證明了構(gòu)建的該有限元模型與全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱實際最大應(yīng)力數(shù)值是符合的。除此之外,還可以有效分析出全焊接板式換熱器管側(cè)側(cè)端板的危險部分,也就是管側(cè)集合箱最大應(yīng)力出現(xiàn)處,即矩形表面最長邊的中心點。這充分說明了構(gòu)建有限元模型是正確、有效、可行的。

此外,根據(jù)國家2005年對機械、汽車、壓力容器行業(yè)標準JB4732-1995《鋼制壓力容器-分析設(shè)計標準》的修改,加強的了壓力容器行業(yè)的校對與審核標準。而根據(jù)表2全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱應(yīng)力的最大值及位置可以看出,全焊接板式換熱器強度符合國家標準要求,其結(jié)構(gòu)是安全、可行的[5]。

4 結(jié)語

利用ANSYS軟件,對全焊接式換熱器應(yīng)力分布情況與數(shù)值大小進行分析,進而綜全評定全焊接板式換熱器應(yīng)力,一方面有利于全焊接板式換熱器的進一步改善;另一方面,有利于全焊接板式換熱器的實際應(yīng)用性與可操作性。

參考文獻:

[1]陳滿儒,孫文迪,劉海林等.基于ANSYS的全焊接板式換熱器的應(yīng)力分析與研究[J].中國制造業(yè)信息化研究(上旬刊),2011,13(02):131-132.

[2]祁玉紅,馬東方,李曉麗等.基于ANSYS的固定管板式換熱器的熱應(yīng)力分析及評定研究[J]石油化工腐蝕與防護研究(理論版),2011,22(15):121-122.

[3]朱敬超,陳德林,丁雪興等.焊接板式換熱器連接板熱應(yīng)力有限元分析研究[J].大連科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2010,32(04):163-164.

[4]王維慧,胡光忠,朱躍峰等.基于COMOSWORKS軟件的固定管板式換熱器應(yīng)力分析方法研究[J].中國制造業(yè)信息化研究(下旬刊),2009,26(07):149-151.

[5]陳文超,張鎖龍,劉天豐等.基于COMOSWORKS固定管板式換熱器熱應(yīng)力分析方法研究[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版),2009,26(08):142-145.endprint

【摘 要】 利用美國ANSYS股份有限公司研發(fā)的一種基于大型通用有限元分析的ANSYS軟件,融合了耦合場、電磁場、聲體、流體等技術(shù)。通過構(gòu)建全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱有限元模型,并根據(jù)有限元模型相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行深入分析與研究,最后根據(jù)計算后的應(yīng)力分布情況與數(shù)值大小,對全焊接板式換熱器應(yīng)力進行全面的評定,進而有效促進全焊接板式換熱器管側(cè)集箱的改進,提高全焊接板式換熱器的實際應(yīng)用性能。本文主要針對全焊接板式換熱器應(yīng)力分析及評定進行研究。

【關(guān)鍵詞】 ANSYS軟件 有限元模型 全焊接板式換熱器 應(yīng)力分析

全焊接板式換熱器是由一種特殊的不銹鋼材料,以特定的模具壓制而成,具有高效的傳熱性能、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝便捷、質(zhì)量輕、使用靈活、密封性良好、占地面積小以及對環(huán)境污染程度小等優(yōu)勢,廣泛應(yīng)用于化工領(lǐng)域、原油領(lǐng)域、天然氣凈化處理、化工產(chǎn)品、石油領(lǐng)域、冶金領(lǐng)域、熱電廠、食品領(lǐng)域等。在全焊接板式換熱器當中普遍存在鋼板對接焊縫易燒穿無法成型的問題,因此,對全焊接板式換熱器應(yīng)力分析及評定是十分必要的[1]。

1 全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱結(jié)構(gòu)分析

全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱主要是由以及幾部分構(gòu)成:加強圈、前管側(cè)端板、后管側(cè)端板、上連接板、下連接板、上管側(cè)端板、下管側(cè)端板構(gòu)成的一個表面為矩形的容器。此外,在全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱的外面,又焊有一層加強圈,起到保護全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱分裂的作用[2]。

2 全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析與力學(xué)模型

根據(jù)全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱結(jié)構(gòu)特征與設(shè)計要求,利用大型通用有限元分析軟件ANSYS,通過前處理器PREP7命令,構(gòu)建全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱有限元分析模型,并通過Shell63彈性殼單元描述,對全焊接板式換熱器應(yīng)力分布情況與數(shù)值大小進行分析全面分析[3]。

2.1 前后管則端板與上下連接板搭接的力學(xué)模型

在構(gòu)建的有限元模型中,根據(jù)全焊接換熱器管側(cè)集合箱的結(jié)構(gòu)性能與載荷性能,取四分之一的全焊接換熱器管側(cè)集合箱進行分析。

2.2 分析約束條件

由于只取四分之一的全焊接換熱器管側(cè)集合箱進行分析,因此,在有限元模型對稱面上施加對稱約束,即對上下連接板與其他部分連接的部位均施加固定約束,前管側(cè)端板、后管側(cè)端板、上連接板、下連接板、上管側(cè)端板、下管側(cè)端板也是如此[4]。

2.3 有限單元的選擇

有限單元的選擇主要分為三個部分,一是定義單元類型的選擇,應(yīng)選擇具有較大變形能力與應(yīng)力強度,包括自由度X、Y、Z方向與繞X、Y、Z軸方向,全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱結(jié)構(gòu)有限單元的選擇主要采用Shell63彈性殼單元;二是材料屬性的定義,包括材料的溫度為80攝氏度、壓強為0.22兆帕斯卡、材料彈性模量值為190G Pa、加強圈彈性模量值為200G Pa、泊松比為0.29;三是網(wǎng)格劃分方法選擇自由的方式。

3 全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱結(jié)構(gòu)應(yīng)力評定

通過對全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱應(yīng)力實驗可以看出,通常情況下,全焊接板式換熱器最大應(yīng)力出現(xiàn)在管側(cè)集合箱上下管側(cè)端板上,并且最大應(yīng)力數(shù)值高達165.255兆帕斯卡,如表1所示。

通過對表1中的數(shù)據(jù)分析可以得出,全焊接板式換熱器最大應(yīng)力出現(xiàn)在管側(cè)集合箱上下管側(cè)端板的中間部分,這與全焊接板式換熱器設(shè)計的最大應(yīng)力數(shù)值和最大值位置部分是一致的,同時也證明了構(gòu)建的該有限元模型與全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱實際最大應(yīng)力數(shù)值是符合的。除此之外,還可以有效分析出全焊接板式換熱器管側(cè)側(cè)端板的危險部分,也就是管側(cè)集合箱最大應(yīng)力出現(xiàn)處,即矩形表面最長邊的中心點。這充分說明了構(gòu)建有限元模型是正確、有效、可行的。

此外,根據(jù)國家2005年對機械、汽車、壓力容器行業(yè)標準JB4732-1995《鋼制壓力容器-分析設(shè)計標準》的修改,加強的了壓力容器行業(yè)的校對與審核標準。而根據(jù)表2全焊接板式換熱器管側(cè)集合箱應(yīng)力的最大值及位置可以看出,全焊接板式換熱器強度符合國家標準要求,其結(jié)構(gòu)是安全、可行的[5]。

4 結(jié)語

利用ANSYS軟件,對全焊接式換熱器應(yīng)力分布情況與數(shù)值大小進行分析,進而綜全評定全焊接板式換熱器應(yīng)力,一方面有利于全焊接板式換熱器的進一步改善;另一方面,有利于全焊接板式換熱器的實際應(yīng)用性與可操作性。

參考文獻:

[1]陳滿儒,孫文迪,劉海林等.基于ANSYS的全焊接板式換熱器的應(yīng)力分析與研究[J].中國制造業(yè)信息化研究(上旬刊),2011,13(02):131-132.

[2]祁玉紅,馬東方,李曉麗等.基于ANSYS的固定管板式換熱器的熱應(yīng)力分析及評定研究[J]石油化工腐蝕與防護研究(理論版),2011,22(15):121-122.

[3]朱敬超,陳德林,丁雪興等.焊接板式換熱器連接板熱應(yīng)力有限元分析研究[J].大連科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2010,32(04):163-164.

[4]王維慧,胡光忠,朱躍峰等.基于COMOSWORKS軟件的固定管板式換熱器應(yīng)力分析方法研究[J].中國制造業(yè)信息化研究(下旬刊),2009,26(07):149-151.

[5]陳文超,張鎖龍,劉天豐等.基于COMOSWORKS固定管板式換熱器熱應(yīng)力分析方法研究[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版),2009,26(08):142-145.endprint

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