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112E/G换热器应力分析与强度评价

作　者: 吴玲
导　师: 刘巨保；罗敏
学　校: 大庆石油学院
专　业: 化工过程机械
关键词: 换热器 有限元 应力分析 强度评价 接管 开孔管板
分类号: TQ051.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 102次
引　用: 2次
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内容摘要


根据112E/G换热器(固定管板式)的结构,把管板、壳体、入口管箱的锥体和筒体、出口管箱的筒体、换热管、保温层的复合硅酸盐和耐热层陶瓷纤维浇注料综合考虑,建立了稳态温度场分析的轴对称模型,分析计算了设计温度和操作温度工况下,换热器管板、筒体、换热管、管箱温度场,给出了这些部件的平均温度与变化范围,为进一步研究该换热器结构应力提供了可靠的温度载荷。根据换热器的结构特点和载荷特性,选择1/2换热器为研究对象,包括入口和出口管箱、管板、换热管、支座、接管和法兰等主要部件,考虑管箱法兰和壳程筒体法兰间的螺栓连接,建立了三维非线性有限元实体模型,采用ANSYS软件进行换热器六种工况下的应力分析。按照应力分类法对112E/G换热器进行强度评价,除了水压工况下接管结构不满足强度条件外,其他各部件在六种工况下均满足强度条件。在此基础上,又选取了接管局部模型进行弹塑性分析,按照塑性分析法确定出换热器内压的极限载荷为29MPa,与设计压力18.78MPa相比,满足“设计载荷不能超过极限载荷2/3”的强度评定准则,据此设计的112E/G换热器已完成水压试验,并在生产中安全运行。为了进一步研究管板应力状态,通过分析实际开孔管板与等效实心管板应力计算结果,表明开孔管板孔边应力达442.59MPa,应力集中现象明显,为管板强度评价提供了参考。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
创新点摘要  6-9
前言  9-13
第一章 换热器概述  13-27
  1.1 换热器分类及其发展趋势  13-14
  1.2 管壳式换热器相关理论  14-18
    1.2.1 管壳式换热器的基本结构  14
    1.2.2 管板理论的发展  14-18
  1.3 换热器的有限元分析设计  18-21
    1.3.1 有限元法概论  18-20
    1.3.2 有限元法在换热器结构分析中的应用  20-21
  1.4 112E/G 换热器原始设计参数和主要技术指标  21-27
第二章 112E/G 换热器结构温度场分析  27-41
  2.1 温度场分析理论方法  27-30
    2.1.1 换热器温度场分析理论  27-29
    2.1.2 热分析的种类及一般步骤  29-30
  2.2 换热器温度场有限元分析  30-41
    2.2.1 换热器温度场分析模型  30
    2.2.2 设计温度下换热器温度场计算分析  30-35
    2.2.3 操作温度下换热器温度场计算分析  35-41
第三章 112E/G 换热器的结构应力分析及强度评价  41-75
  3.1 结构应力有限元分析理论与方法  41-44
  3.2 换热器结构分析有限元模型  44-45
  3.3 六种工况下的应力分析和强度评价  45-73
    3.3.1 自重载荷作用下工况  45-49
    3.3.2 自重与压力共同作用工况  49-54
    3.3.3 自重与设计温度共同作用工况  54-58
    3.3.4 自重、压力与操作温度共同作用下工况  58-66
    3.3.5 壳程水压试验工况  66-69
    3.3.6 管程水压试验工况  69-73
  3.4 本章结论  73-75
第四章 112E/G 换热器开孔接管弹塑性分析  75-81
  4.1 问题描述  75-76
  4.2 相关理论方法  76-77
    4.2.1 圆柱壳开孔接管的解析方法及计算  76
    4.2.2 极限载荷相关理论  76-77
  4.3 开孔接管弹塑性有限元分析  77-79
    4.3.1 开孔接管弹性分析及强度评定  77-78
    4.3.2 求解极限载荷及强度评定  78-79
  4.4 本章结论  79-81
第五章 112E/G 换热器管板开孔结构的应力分析  81-88
  5.1 问题描述  81
  5.2 换热器管板开孔结构的有限元分析  81-87
    5.2.1 管板模型及有限元分析计算结果  81-83
    5.2.2 管板开孔结构与等效管板结构的对比分析  83-87
  5.3 本章结论  87-88
结论  88-89
参考文献  89-92
发表文章目录  92-93
致谢  93-94
详细摘要  94-99

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 一般性问题 > 化工机械与仪器、设备 > 化工过程用机械与设备 > 加热、冷却机械
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