基于ansys蒸发器支座数目优化设计

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1、基于ANSYS蒸发器支座数目优化设计　　【摘要】国内大型蒸发器一般采用支座进行固定安装，而支座的数目是由制造厂家根据经验来选择的。利用ANSYS有限元分析软件，编写APDL程序，实现了对大型蒸发器支座数目的优化设计。通过对某厂制造的8支座蒸发器进行优化模拟，结果将支座数目优化为4个，节省了材料，提高了经济效益。优化后蒸发器工作状态良好，符合应用厂家的要求。【关键词】蒸发器；ANSYS；支座：优化设计蒸发器是制冷四大件中很重要的一个部件，低温的冷凝气体通过蒸发器，与外界的空气进行热交换，液化吸热，达到制冷的效果。一般来说，大型蒸发器通常是采用支座来进行安装的。为了蒸发器的

2、稳定性考虑，支座的数目一般选用4个，6个或者8个。随着ANSYS有限元模拟技术在结构设计中越来越广泛的应用，本文利用ANSYS有限元分析软件中的APDL程序，对国内某厂生产的8支架蒸发器进行了有限元分析，然后分别把支架改成6支架和4支架，发现4支架状态情况下该蒸发器仍然能够正常工作，支架强度足够能支撑此蒸发器。为蒸发器选用支架数目提供了理论依据，初步实现了有限元参数化结构优化分析设计。一、蒸发器几何模型的建立5蒸发器的基本描述：此蒸发器的设计压力位0.1MPa，设计温度为120℃，其介质为水和水蒸气。内径为4500mm，板厚为42mm，采用锥形封头，锥形角为60�啊Vё

3、畎搴椭ё拱搴穸染？8mm，筋板宽度为600mm，筋板高度为1200mm，底板长度为600mm。蒸发器主体部分所使用材料为00Cr17Ni14Mo2，材料的许用应力为116MPa，支座材料为Q235B，许用应力为113MPa，两种材料的弹性模量均为2.0�？011Pa，常温下两种材料的泊松比均为0.3。该蒸发器有8个支座，其主体部分如图1所示，支座简图如图2所示。二、蒸发器有限元模型的建立及网格划分1.蒸发器有限元模型的建立。建立8支座蒸发器的有限元模型，主要对蒸发器及支架的主体部分进行建模，可以把蒸发器中的一些细微零件忽略掉，如锥形封头的接管，蒸发器主体部分上的开孔等。

4、对于8支座蒸发器，由于其结构为对称的，所以可以选取支座支撑区域的1/8模型进行有限元建模。由于此蒸发器筒体长度过长，在有限元模型中可以选取3000mm长度的筒体在视图中表达出来，锥形封头整体较大，可以选取锥形封头中带有支架的部分视图来表达有限元模型。蒸发器的有限元模型如图3所示，有限元网格划分图如图4所示。52.有限元单元的选取。选取Solid45单元进行有限元模拟，其几何形状如图5所示。Solid45单元用于三维实体结构模型，单元是由8个节点结合而成，如图5所示。每个节点有3个方向（x、y、z）的自由度。该单元具有塑性，蠕变，膨胀，应力强化，大变形和大应变的特征，可以

5、获得简化的综合的微控选项。3.网格划分办法及划分结果。采用映射网格划分方法，对腹板厚度方向，底板厚度方向线段划分为3份；对于其它线段网格划分精度为30mm。划分完成后，再对支架和锥形封头连接区域进行网格细化操作，网格细化等级为3级，共划分43157个单元。蒸发器网格划分最终结果如图4所示。4.蒸发器有限元模型载荷及约束的施加。对于蒸发器有限元模型，把支座底面的各项位移施加全约束；两对称面施加对称约束；筒体内表面施加0.1MPa的内压力。锥形封头内表面施加内压力以及液柱静压力，假设液柱高度为15mm，筒体断面及椎体下端面施加轴向平衡载荷。三、蒸发器有限元模拟结果（1）蒸发

6、器支架为8时等效应力云图。蒸发器支架为8时的等效应力（Vonmises5stress）云图如图6所示。（2）蒸发器支架为6时等效应力云图。修改APDL程序，把蒸发器支座的数目调整为6个，网格划分方法及材料参数设定不变，得到其应力云图如图7所示。（3）蒸发器支架为4时等效应力云图。再次修改APDL程序，把蒸发器支座的数目调整为4个，网格划分方法及材料参数设定仍然不变，得到其应力云图如图8所示。四、模拟结果分析如图6、图7和图8所示，无论如何调整支座的个数，蒸发器的最大应力均发生在支座筋板与筒体连接区域，确切来说是发生在支座与锥形封头的连接区域，分别如图上箭头所指区域。当支

7、座数目为8时，最大应力强度为36.364MPa；支座数目为6时，最大应力强度为63.359MPa；支座数目为4时，最大应力强度为109.583MPa。由于蒸发器主体部分所使用材料为00Cr17Ni14Mo2，材料的许用应力为116MPa；支座材料为Q235B，许用应力为113MPa，所以支座分别为8个、6个和4个时，支座及蒸发器主体部分均满足材料强度设计要求。对于国内某大型制造厂来说，选用8个支座虽然强度也满足设计要求，但是余量过大，浪费材料严重。经过有限元模拟分析以后，及时对此设计方案进行了修改，把支架数目改为4个，设计和生产完成后，到