大型固定管板式换热器管板的有限元分析

摘要

本文建立了三维实体参数化管板模型；分析了管板模型的温度场分布规律，验证了ASME规范中表皮效应理论；分析了不同操作工况下管板模型的应力场，并按照JB4732-1995《钢制压力容器——分析标准》进行了强度分析和评定。强度分析结果表明：除了简体上的一次薄膜应力起控制作用外，管板的强度控制因素是位于管板与简体连接圆角过渡处的一次应力加二次应力，且最大值发生在热载荷和壳程压力同时作用下的操作工况下；在壳程侧，管板在较薄的厚度内，存在较大的热应力，主要是由此处较大温度梯度而导致产生的，因此在管板强度计算中应该考虑管板表面温差引起的热应力。 本论文还分析了管板与筒体和管箱连接过渡圆角的大小对管板应力的影响。研究表明，适当增大圆角半径，能显著降低该位置处的峰值应力，较明显地改善此处的应力分布情况。 此外，本论文还建立了传统等效模型，比较了稳态操作工况下三维实体模型和传统等效模型的计算结果。结果表明：在非布管区两种模型的计算数据十分吻合，但在管板布管区，由于三维实体模型考虑了管板表面的温度梯度，而传统模型的计算中无法考虑该温度梯度，则导致在布管区三维实体模型计算应力大于传统模型的计算应力。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

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第一章概述

第二章管板三维有限元分析模型的建立

第三章管板稳态温度场分析

第四章多种操作工况下管板应力场分析和强度校核

第五章管板与筒体和管箱连接过渡圆角对管板应力的影响

第六章传统等效模型与三维实体模型计算结果比较

第七章结论

参考文献

附录

致谢

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