波面传热板的应力分析与测试

论文摘要

波面板换热器是一种新型的换热设备，具有广泛的应用前景。以往对波面板换热器的研究主要集中在设备的传热特性及流动特性的研究，而对其制造过程中的板材变形及应力分布和使用过程中的应力状态及强度等力学行为的分析和研究较少。本文借助ANSYS有限元分析软件，采用有限元分析的方法，对波面传热板进行分析，利用有限元前处理程序建立了合理的力学模型。对单元选择，网格划分，焊接关系的模拟以及加载求解做了介绍，并使用ANSYS提供的参数化编程语言编制了程序。通过ANSYS计算，得到了波面传热板在制造和使用过程中的详细的应力分布情况，填补了这方面的空缺，对波面传热板板的设计和制造提供一定的依据。本文首次在波传热板有限元模型的节点与节点之间，引入MPC184单元来模拟点焊焊接关系。这种模拟焊接的方式，考虑了焊点半径，又避免了传统算法要求对局部网格进行细化处理，减轻了工作量。在建立焊点关系过程中，采用自动投影的方法，可以在任何空间坐标来确定点焊位置。缝焊类似点焊，它是由焊点前后搭接形成的，因此，焊缝模拟同样是通过多个焊点连接而成的。本文针对两种不同结构形式的波面传热板，即无折流焊缝和带折流焊缝波面板，进行详细地分析和模拟计算。模拟计算结果表明，采用程序计算得到的板片变形图，较好地反映了实际加工的板片变形形状。对板片上应力进行路径分析，得到了波面传热板板面上不同的路径方向上应力分布情况。由应力分布情况得出，在焊点附近的等效应力较大，存在明显的应力集中现象，同时由于折流缝焊的存在，增加了波面传热板强度。应力在焊点附近的分布是不均匀的，且存在较明显的应力突变现象。采用脆性失效准则校核，得出了易于出现强度破坏的焊点位置，其与试验结果吻合情况较好。本文采用电测法，对不同内压下波面传热板板片上的应力进行了测量。模拟计算与试验测量结果基本吻合，表明采用的点焊连接模拟方法对复杂曲面的波面传热板传热元件进行模拟计算是行之有效的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 波面板换热器
• 1.1.1 波面板换热器介绍
• 1.1.2 波面板换热器研究现状
• 1.2 电阻焊
• 1.2.1 电阻焊基本原理与影响电阻点焊的因素
• 1.2.2 点焊设备与电极的选择
• 1.3 国内外点焊模拟研究
• 1.3.1 点焊过程模拟
• 1.3.2 焊接接头疲劳强度研究
• 1.3.3 点焊焊接关系模拟
• 1.4 本章小结
• 2 有限元分析理论
• 2.1 非线性有限元分析
• 2.1.1 材料非线性有限元
• 2.1.2 几何非线性有限元
• 2.1.3 状态非线性有限元
• 2.1.4 波面板成形受载有限元分析特点
• 2.1.5 牛顿-拉普森方法介绍
• 2.1.6 非线性有限元 ANSYS中的实现
• 2.2 弹塑性理论基础
• 2.2.1 弹塑性基本问题
• 2.2.2 弹塑性有限元法的本构关系
• 2.2.3 弹塑性问题基本解法
• 2.3 本章小结
• 3 波面板应力分布数值模拟分析
• 3.1 有限元软件 ANSYS简介
• 3.2 波面板有限元模型建立
• 3.2.1 问题描述
• 3.2.2 单元选择
• 3.2.3 网格划分
• 3.2.4 焊接关系模拟
• 3.2.5 加载与求解
• 3.3 计算程序建立
• 3.4 无折流焊缝波面板模拟结果分析
• 3.4.1 波面板变形及等效应力图
• 3.4.2 路径分析
• 3.4.3 焊点可靠性校核
• 3.4.4 最大等效应力影响因素
• 3.5 带折流焊缝波面板模拟结果分析
• 3.5.1 波面板变形及等效应力图
• 3.5.2 路径分析
• 3.5.3 焊点可靠性校核
• 3.6 本章小结
• 4 试验研究
• 4.1 电测法基本原理
• 4.2 试验装置及过程
• 4.3 试验结果与理论结果比较
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 无折流焊缝波面板模拟程序
• 附录B 带折流焊缝波面板模拟程序
• 附录C 应力实验数据处理程序
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢