鞍座热应力的有限元分析.pdf

《鞍座热应力的有限元分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第4期-17-鞍座热应力的有限元分析单鹏华，王强，赵亮，郭焱霞（中航黎明锦西化工机械（集团）有限责任公司，辽宁葫芦岛125001）[摘要]以蒸汽过热器的鞍式支座为例，介绍了鞍座的热应力有限元分析过程。以实体单元为对象，建立有限元分析模型，以顺序耦合法对鞍座处的热应力进行了有限元分析计算。[关键词]鞍式支座；顺序耦合；热应力；有限元分析卧式容器的支撑形式一般为鞍式支座结构形元软件对鞍座局部结构进行热应力分析计算。某式，JB/T4712.1-2007《鞍式支座》中给出了双支蒸汽过热器为U型管式换热器，壳程的设计温度为点支撑的鞍座的设计温度为200℃，若设

2、备的设计400℃，金属温度为311℃，因设计温度太高，超过温度超过此限制条件时，常规设计所采用的SW6-了标准要求的鞍座的设计条件范围，本文对其进行2011计算程序将无法计算，因此，需要采用有限了分析计算。蒸汽过热器的结构简图如图1所示。图1蒸汽过热器结构简图1蒸汽过热器基本参数1.2鞍座的材料参数见表2，热分析时的参数见表1.1蒸汽过热器的设计参数见表1所示，做热应力3。分析时鞍座与换热器壳程的参数有关，为此将管程数据忽略。表2鞍座的材料参数表1蒸汽过热器设计参数许用应力强度材料名称工作温度℃泊松比TSG21-2016《固定式压力容器安全SmMPa

3、设计规范技术监察规程》GB/T151-2014Q345R（鞍座）311150.80.3《热交换器》Q345R（鞍座）801890.3操作压力MPaG2.5设计压力MPaG4.0工作温度℃226/360设计温度℃400作者简介：单鹏华（1973—），女，辽宁葫芦岛人，大学本科，平均金属温度℃311工学学士，高级工程师。现在中航黎明锦西化工机械（集团）有限主体材质Q345R（鞍座）责任公司研究院工作。腐蚀裕量mm3石油和化工设备-18-论文广场2017年第20卷表3热分析材料特性参数Q345R温度20℃50℃150℃200℃250℃300℃350℃400

4、℃导热系数-360.459.855.953.651.449.247.044.810W/(mm•℃)平均线膨胀系数-610.9111.5311.8812.2512.5612.9013.2413.5810mm/mm•℃3弹性模量（10MPa）2.0091.9691.9391.9911.8811.8311.7811.701空气对流传热系数-6212×10W/(mm•℃)注：钢材的导热系数取自ASMEⅡ-D，对流传热系数由专业人员计算提供，其余材料常数取自GB150.1～150.4-2011。1.3计算工况见表4。表4鞍座热应力分析计算工况壳程温度载荷℃内压

5、：2.5MPa，内件重力等效工况311力：0.046MPa2有限元分析2.1有限元分析的基本思想与主要步骤2.1.1有限元分析的基本思想。有限元分析的基本思想是将复杂的几何受力对象划分为一个形状比较简单的标准构件即单元，然后给出单元节点的位移和受力描述，构建单元的刚度方程，再通过单元与单元之间的节点连接关系进行单元的组图2鞍座结构的几何模型装，得到结构的整体刚度方程，进而根据位移约束和受力状态，处理边界条件，并进行求解。单的协调性，即单元与单元间的交界的场函数及其[1]元划分越细，计算结果越精确。导数能保持连续，这样单元间不会重叠也不会裂[2][4]

6、2.1.2有限元分析的主要步骤。有限元分析的主开。然后按照材料类型划分网格。要步骤如下：2.1.2.1根据该结构及载荷特性，建立1/2结构模型。以设备中心线方向为Y轴，建立坐标系。得到所分析结构的几何模型，鞍座的几何模型如图2所示。本文采用顺序耦合法，即以特定的顺序求解单个物理场的模型，前一个分析的结果作为后续分析的边界条件施加，先进行热分析，热分析选用Solid70单元，热分析完成后转换单元类型为结构分析，结构分析选用Solid185单元，将热分析的结果作为温度载荷施加到结构分析中，从而完成[3]热应力耦合计算。2.1.2.2将结构连续体离散为若干

7、个子域（单元），并赋予材料常数。鞍座结构的有限元网格图3鞍座结构的有限元模型模型如图3所示。模型建立过程中要保证体与体共2.1.2.3施加载荷与约束。位移边界条件：固定鞍面，面与面共线，线与线共点，目的是保证单元座施加轴向及垂直方向约束；滑动鞍座施加垂第4期单鹏华等鞍座热应力的有限元分析-19-直方向约束；结构纵向对称面施加对称约束。力2.1.2.5在后处理中提取位移和应力等结果并进行学边界条件：温度载荷：壳程内表面施加温度边应力强度评定。分析结果的合格与否需要相应的界条件，温度为311℃；筒体及鞍座外表面施加评定准则进行评定。分析结果采用JB473

8、2-19952相应的空气对流边界条件12e-6W/(mm•℃)，温《钢制压力容器—分析设计标准》（2005年