基于FEPG的固定式管束釜式重沸器有限元计算程序的开发及其应力分析

论文摘要

应用有限元程序自动生成系统FEPG软件及其前处理生成系统MTI的建模功能,开发了固定管板式换热器的有限元模型自动生成程序和计算程序,并将其嵌入VAS2.0软件;利用所开发的模块、VAS2.0到ANSYS的接口程序和ANSYS软件,建立了某台固定式管束釜式重沸器的三维整体模型,并对其进行了有限元分析计算;利用ANSYS软件提供的APDL参数化建模功能,建立了固定式管束釜式重沸器上的斜锥壳的三维简化有限元模型,并对其进行了有限元分析计算。 对重沸器整体模型的温度载荷分析中充分考虑了设备的高温特性,通过当量给热系数的做法,有效地减小了整体模型的规模;通过对整体模型稳态温度场的计算,得出了比较完整的重沸器的温度场,并计算和分析了相应的热应力;分别讨论了四种危险工况下温度载荷与压力载荷对重沸器的影响,确定了重沸器的最危险工况,并依据JB4732-95《钢制压力容器——分析设计标准》,对重沸器进行了应力评定;利用重沸器整体模型,对具有不同最大偏角的斜锥壳进行了计算,得出了斜锥壳最大偏角对管板应力分布规律的影响,且对斜锥壳自身的应力分布情况也进行初步分析。 通过对斜锥壳简化模型的分析,得出了斜锥壳的不同结构尺寸对其应力分布规律的影响。通过与整体模型计算结果的比较,验证了在建立斜锥壳简化模型时所做的各种当量处理是合理的,为分析重沸器的斜锥壳提供了一种简单有效的建模方法,并整理了基于分析设计的斜锥壳大端过渡区的应力水平系数。

论文目录

• 第一章 概述
• §1-1 课题来源
• §1-2 论文选题的目的及意义
• §1-3 相关研究领域概述
• 1-3-1 管板研究的传统方法及其缺陷
• 1-3-2 国内外相关规范
• 1-3-3 前人在本课题研究领域中的成果简述
• §1-4 本课题的主要研究内容
• 第二章 基于FEPG的直角坐标系下三维稳态、线弹性、热固耦合问题的参数化建模及计算程序的开发
• §2-1 FEPG及ANSYS软件简介
• 2-1-1 有限元数值分析简介
• 2-1-2 ANSYS有限元软件简介
• 2-1-3 FEPG有限元软件简介
• 2-1-3-1 计算程序开发平台简介
• 2-1-3-2 前后处理系统简介
• 2-1-4 有限元软件的选用
• §2-2 基于MTI的三维参数化有限元模型的建模方法
• 2-2-1 多重表格数据结构文件mti和多重表格数据文件dat文件的填写格式
• 2-2-2 固定管板式换热器三维有限元模型的建模方法
• 2-2-3 VAS2.0软件对保温层的特殊处理
• §2-3 固定管板式换热器有限元计算程序的生成
• 第三章 固定式管束釜式重沸器稳态温度场及热应力分析
• §3-1 换热器稳态温度场分析概述和本文所分析设备的分析难点
• 3-1-1 温度场分析方式的确定
• 3-1-2 换热器温度场分析中存在的问题
• 3-1-3 本文所分析设备的稳态温度场及热应力分析的难点
• §3-2 稳态温度场研究中采用的局部简化模型
• §3-3 固定式管束釜式重沸器的相关计算参数
• 3-3-1 主要几何尺寸和材料参数
• 3-3-2 主要工艺参数
• §3-4 利用热端管箱局部结构模型和热端管板与换热管的单元模型计算当量给热系数
• 3-4-1 管、壳程介质实际给热系数的计算
• 3-4-2 给热系数当量计算模型的载荷与边界条件
• 3-4-3 给热系数的当量拭算
• §3-5 固定式管束釜式重沸器三维有限元整体结构模型
• 3-5-1 整体结构模型的建立
• 3-5-2 载荷与边界条件
• 3-5-2-1 金属壁温和材料性能参数的确定
• 3-5-2-2 温度载荷参数的确定
• 3-5-2-3 温度边界条件的确定
• 3-5-3 约束条件
• 3-5-4 单元类型及网格剖分
• §3-6 温度场求解及其结果分析
• 3-6-1 求解及VAS2.0与ANSYS两软件计算结果的比较
• 3-6-2 整体分析
• 3-6-3 热端管板与换热管单元模型的温度场分析
• 3-6-4 温度场分析结论
• §3-7 热应力求解及其结果分析
• 3-7-1 加载与求解
• 3-7-2 整体分析
• 3-7-3 热端管板热应力分析
• 3-7-4 热应力分析结论
• §3-8 本章小结
• 第四章 各工况下固定式管束釜式重沸器的有限元分析与评定
• §4-1 应力强度评定条件
• §4-2 计算模型的选取
• §4-3 工况1：壳程压力载荷工况
• 4-3-1 加载与求解
• 4-3-2 结果分析
• 4-3-3 应力强度评定
• §4-4 工况2：壳程压力和温度载荷工况
• 4-4-1 加载与求解
• 4-4-2 结果分析
• 4-4-3 分析结论和应力强度评定
• 4-4-3-1 分析结论
• 4-4-3-2 应力强度评定
• §4-5 工况3：管程压力载荷工况
• 4-5-1 加载与求解
• 4-5-2 结果分析
• 4-5-3 应力强度评定
• §4-6 工况4：管程压力和温度载荷工况
• 4-6-1 加载与求解
• 4-6-2 结果分析
• 4-6-3 分析结论和应力强度评定
• 4-6-3-1 分析结论
• 4-6-3-2 应力强度评定
• §4-7 本章小结
• 第五章 固定式管束釜式重沸器的斜锥壳最大偏角对其应力分布状况的影响
• §5-1 基于整体模型的斜锥壳分析
• §5-2 基于简化模型的斜锥壳分析
• 5-2-1 简化力学模型
• 5-2-1-1 管束当量圆筒几何参数的确定
• 5-2-1-2 等效载荷的确定
• 5-2-2 有限元计算
• 5-2-2-1 有限元计算模型
• 5-2-2-2 应力分析
• 5-2-3 不同结构参数下大端过渡区应力集中系数的计算
• §5-3 斜锥壳两种分析方式计算结果的比较
• 5-3-1 加载与求解
• 5-3-2 结果分析
• §5-4 本章小结
• 第六章 结论
• 建议
• 参考文献
• 附录A
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果