管壳式换热器应力分析和强度校核

2020/4/21 17:13:46 人评论 次浏览 分类:结构分析


管壳式换热器应力分析和强度校核

管板是管壳式换热器的主要部件之一。在稳态工况下,管板附近的温度和压力载荷分布如图所示:



其中:Ps——壳侧工作压力,

Ts——壳侧温度载荷,

Tt——管侧温度载荷,

Pt——管侧工作压力。

在机械载荷和温度载荷共同作用下,换热器管板附件的应力场比较复杂。本案例,采用三维CAD软件建立三维模型,利用Hypermesh对模型进行全六面体网格划分,采用热-固耦合技术,对管板附件区域进行应力分析和强度校核。

计算内容

力学模型:



有限元模型:



说明:在本案例中管板以及与管板相连的筒体处的应力是本报告的重点分析内容,因此对管板与管板相连的筒体这两部分进行了网格加密,以保证之后应力计算的精确性。网格大部分采用六面体网格,网格数量大约为120万。

温度场云图:



说明:对有限元模型施加对流换热边界条件,计算出模型的温度场。

应力场云图:



说明:采用热-固耦合技术,计算出机械载荷和温度载荷共同作用下的管板附件应力强度。

应力评定路径图:




说明:建立三条路径。分别为:

1.穿过管箱筒体厚度的路径

2.穿过壳程筒体厚度的路径

 3.穿过管板平面应力最大处.

应力判定准则(遵照JB4732-1995):

1. 当只有机械载荷作用时(即不考虑温度),

薄膜应力强度PL<1.5倍设计应力强度Sm

一次薄膜应力强度+一次弯曲应力强度PL+Pb <1.5 Sm

2. 当机械载荷和温度载荷共同作用时,

薄膜应力强度PL<1.5 设计应力强度Sm

一次薄膜应力强度+二次弯曲应力强度PL+Pb+Q <3 Sm

其中:Sm——材料的设计应力强度。

应力评定结果:

路径

PL

PL+Pb+Q

路径1

45.66<1.5Sm(合格)

113.3<s< span="" style="margin: 0px; padding: 0px;">ps(合格)</s<>

路径2

52.49<1.5 Sm(合格)

51.09<s< span="" style="margin: 0px; padding: 0px;">ps(合格)</s<>

路径3

6.27<1.5 Sm(合格)

7.679<s< span="" style="margin: 0px; padding: 0px;">ps(合格)</s<>

 


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