大型转盘干燥机圆盘拉撑结构强度分析与优化

结合某大型转盘干燥机转子圆盘拉撑结构计算实例,指出了ASME VIII-1、JIS B8276、GB 150对该拉撑结构设计方法的差异,并对比了各标准的计算结果;利用有限元分析软件ANSYS进行弹性应力分析,得到了圆盘及其拉撑件的应力分布规律,强度分析表明GB 150中非规则拉撑板厚计算结果可以作为圆盘的设计参考。在满足强度要求与不削弱有效传热面积的条件下,以结构轻量化为目标,通过编写关键函数的宏文件和危险截面线性化的APDL语言,实现了ANSYS优化过程中各部位基于各应力分量的自动精准控制,优化结果表明,在一定范围内增大拉撑管直径可以改善圆盘结构受力情况,同时改进后结构整体质量较原结构按GB 150常规计算结果降低了16.2%。     

大型转盘干燥机圆盘拉撑形式结构强度分析

针对某转盘干燥机圆盘拉撑结构,采用有限元方法对棒材、管材两种典型拉撑结构形式进行强度分析,结果表明两者均能满足强度性能要求,且具备一定的安全裕量,随着拉撑件的增厚,圆盘结构相应最危险部位由拉撑件转移至盘片的拉撑截面。从4种圆盘结构设计参数来研究圆盘应力分布规律,结果表明,锥角对圆盘应力影响很小;管材作为拉撑件时,以拉撑件壁厚与盘片等厚或相近为宜;拉撑件直径越大,圆盘受力越好;当拉撑件的周向间距越大,柱式拉撑圆盘的盘片因SIV应力超标最先发生破坏;管式拉撑圆盘的拉撑件因自身应力超标最先发生破坏,拉撑件周向间距设置不宜过大。     

转盘干燥机周向拉撑圆盘转子强度影响因素分析

采用有限元分析技术,讨论了4个关键结构参数对圆盘转子强度的影响。分析结果表明:圆盘锥角α和盘片与外端焊缝厚度比δ_1/δ_2对圆盘转子整体强度影响较小;盘片应力随着拉撑管直径增大而单调减小,当L_c/d6.6后,拉撑管的应力随其直径的增大而减小;增大拉撑件厚度仅有助于缓解其自身的各项应力,盘片一次加二次应力S_(Ⅳ)随拉撑件增厚先减小后增大,在两者等厚时达到极小值。     

压紧板强度设计分析及比较

根据JB/T 8701-1998、ASME对无拉撑的平封头和盖板进行了压紧板强度设计计算,并与瑞典压力容器规范、AD规范和有限元分析法的计算结果进行比较。结果表明,瑞典压力容器规范、AD规范、JB/T 8701-1998的计算结果相近,ASME和有限元分析法计算的结果相近,后者的计算结果比前者的保守。     

筒体组焊中撑圆效果的有限元分析

介绍了国内现有的压力容器的筒体撑圆方式和撑圆装置。以钢制列管式固定管板换热器的筒体尺寸为例,对撑圆效果进行有限元分析,得到筒体内径、壁厚及支撑杆数等参数对筒体变形和应力的影响规律,确定经济有效的撑圆结构形式。     

GB/T151中固定管板换热器的管板结构型式及其计算方法比较

简述了GB/T151中常规固定管板、拉撑管板和挠性管板的结构型式及计算方法,结合管板受力分析,指出各管板的受力特点及计算方法需要完善之处,为固定管板的结构选择及优化设计提供参考。     

管壳程压力对换热器胀接接头性能的影响

选择典型的开槽胀接接头结构为研究对象,建立三维非线性有限元模型。经不同管、壳程压力的数值计算得出,壳程压力使管板与换热管的接触区在轴向上缩短,密封性和拉脱强度降低;管程压力使接头的拉脱强度逐渐增大,管板上端的最大残余接触压力降低。为不同工作压力下换热管胀接结构的设计和施工提供了分析方法和理论依据。     

转盘干燥机转子圆盘拉撑件径向适宜位置分析

转盘干燥机的转子圆盘通常设置拉撑件来增加整体的强度,而拉撑件径向位置的设置对圆盘整体强度的设计至关重要。为此,采用有限元法对单圈、两圈拉撑圆盘拉撑件径向位置的设置进行了详细分析。研究表明:对于单圈拉撑圆盘,当宽节比L_w/L_c<2.40,拉撑件径向最佳位置为L_1/L_w=0.50;当宽节比L_w/L_c>2.40,拉撑件径向最佳位置为L_1/L_w=0.55;对于两圈拉撑圆盘,当宽节比L_w/L_c<3.73,拉撑件径向最佳位置为L_1/L_w=0.33,L_2/L_w=0.67;当宽节比L_w/L_c>3.73,拉撑件径向最佳位置为L_1/L_w=0.38、L_2/L_w=0.70。     

铝管与钢管板胀接连接的弹塑性分析与试验

通过铝管内衬一薄壁钢套管再与钢管板胀接来解决铝管与钢管板的连接这一难题 ,运用弹塑性理论对这种胀接结构进行理论分析并进行了拉脱强度试验。结果表明 ,这种胀接接头有非常好的拉脱强度 ,能够满足制造业的需要。     

大型阳极保护浓硫酸冷却器应力分析

应用ANSYS软件,对某大型阳极保护浓硫酸冷却器建立了管板和壳体的有限元实体模型,得到了管板和壳体在工作状态下的温度分布。同时按照JB4732-1995《钢制压力容器——分析设计标准》分析了管板和壳体在5种工况下的应力状况,并进行了应力强度评定,找到了换热管最大拉脱力的位置。结果表明,该设备管板和壳体满足强度要求。     

乙二醇再沸器管束振动破坏机理分析

通过一台立式固定管板再沸器管子与管板连接处泄漏问题的分析 ,发现再沸器管口泄漏的主要原因是在壳程蒸汽的横向流作用下 ,管束产生小振幅的振动 ,给管子 管板连接处施加了一周期性的交变应力 ,导致管口疲劳破坏。为此 ,对带有换热管及焊缝的管口做了有限元应力分析 ,对管子 管板焊接结构疲劳强度进行了试验研究     

双管板换热器的结构设计

双管板换热器为管壳式换热器的一种特殊结构。对一台固定双管板式换热器的结构设计和强度计算进行了阐述,其中包括选材、布管、管板的结构和间距、胀管和开槽尺寸等方面的设计和计算。     

蒸汽发生器的结构优化设计

针对厚管板结构的蒸汽发生器耗材大、制造成本高、易产生温差应力而导致管板与管头之间损坏等缺点,对蒸汽发生器的管板结构进行优化设计,用挠性薄管板结构代替厚管板结构。应用有限元分析软件(ANSYS)对挠性薄管板结构进行耦合场(温度场和应力场)模拟分析计算。通过分析计算,挠性薄管板结构可行且具有一定的先进性。采用薄管板结构避免了因温差应力而损坏的技术问题,且节省材料,制造方便,大大节约了制造成本,具有很好的经济性。     

光催化反应器中管板的结构优化设计

针对中药三七提取液中的脱砷工艺设计的光催化反应器,采用ANSYS软件对其中的管板进行了有限元分析和结构优化设计,得到了管板在满足强度和特殊刚度要求前提下的最优厚度,使石英玻璃管的安装和密封得以实现。     

基于ANSYS的换热器管束振动模态分析

根据固定管板式换热器的结构特点,采用有限元法对该结构进行有限元离散,壳体、固定管板、折流板采用空问壳单元模拟、换热管采用空问梁单元模拟,分别建立了精细的有限模型和常规的简化有限元模型,对管束动态特性进行了计算。其结果对于预测换热器的振动具有十分重要的现实意义。     

焊接对管头与管板间的胀接连接的影响的讨论

为换热器制造开发高质量的换热管与管板的连接技术,利用ANSYS有限元分析软件模拟分析换热管与管板间的连接形式。采用胀焊结合的连接形式时,焊接产生的热应力和胀接产生的残余接触应力之间互有影响。胀接分析过程中根据材料的力学、物理性能,引入材料的几何非线性和接触非线性理论分析[1],采用多线性随动强化准则,计算胀管压力卸除后换热管与管板之间的残余接触应力,得出最高效、最合适的胀接压力。焊接分析过程中利用ANSYS软件进行模拟计算,采用单元生成技术,得出强度焊产生的热应力的影响范围。本方法为换热管与管板接头的结构设计和工艺参数优选提供了理论依据。     

固定管板式换热器管板与换热管的可靠性分析

主要利用ANSYS有限元软件对固定管板式换热器管板与换热管进行应力分析,获得了该结构的应力强度分布图,可知该结构的最大应力强度发生在筒体与管板的连接处,最大应力强度为160.133 MPa。然后在应力分析的基础上,利用ANSYS有限元软件中的蒙特卡罗法对该结构进行可靠性分析,经过分析获得了其在置信度为95%且初值极限状态Z〈0（Z=σs-σmax）,其中σs为材料的屈服强度,σmax为容器在使用过程中出现的最大应力）的情形下的概率平均值为3.264 8%,即说明容器的可靠度为96.735 2%,并绘制了Z在置信度为95%的情形下的分布图和输出结果参数的灵敏度图,通过此次分析证明了该固定管板式换热器管板与换热管结构是安全可靠的。     

预变形加载方式对预应力换热器性能的影响

通过建立由壳体、管板以及换热管等构成的固定管板换热器有限元分析模型,研究了不同的制造技术对预应力换热器性能的影响,探讨了给定温度场下,两种预变形加载方式对管板强度的影响,得到了管板与管子连接局部应力随预变形变化的规律。研究发现,两种制造技术得到的预应力换热器都能显著降低管子与管板连接局部的应力集中,而分段加载技术具有更强的适应性和经济性。     

Computer-aided design of tube-bundle heat exchangers

Based on a paper by Hein, a dimensioning program for tube-bundle heat exchangers with straight tubes and fixed tube sheets has been developed. The equipment to be dimensioned is tested at 14 critical points, with regard to permissible stresses. The optimum thickness of the tube sheet, the shell and channel are subsequently selected on the basis of economic criteria. Compared to dimensioning according to AD-data sheet, it is possible to save between 10 and 25% of production costs. With the aid of a finite-element (FE) program, complex structures such as heat exchangers can be calculated accurately. Several mesh-generation programs were written for the data input. The structure of a tube-bundle heat exchanger with straight tubes is generated with 3/D elements with only some geometrical data. An FE-calculation of a heat exchanger is explained with the aid of an example and stress analysis is presented.