换热器管板与换热管胀接机理研究

论文摘要

液压胀接因其诸多优点而成为换热器管板与换热管连接的一种主要方式,国内外的科研与工程技术人员虽然对其做了许多工作,但不同工作环境对液压胀接接头强度影响研究的较少,连接失效问题还没有得到有效控制。本文在基本假设的条件下,通过组合式厚壁圆筒不同变形阶段下的理论分析,考虑换热器管板与换热管胀接接头材料非线性、几何非线性、边界非线性和温度对材料性能影响的基础上建立了三维有限元分析试验模型和实际结构模型。通过试验模型数值模拟分析得到最佳胀接压力后,进行了接头液压胀接试验及不同温度下拉脱试验,数值模拟分析与试验分析结果基本吻合,其误差在10%以内。在此基础上,考虑管板与换热管胀接接头真实结构及工作状态下的管程与壳程温差、压差影响,对接头实际结构模型进行了数值模拟分析,重点分析了接头在不同工作环境中的密封性能和拉脱强度。计算结果表明:胀接过程中,在管板未屈服时接触面上接触压力和残余接触压力均随胀接压力的增加而增大,同时周围管板孔的存在对接头的残余接触压力有较小程度的影响;当管程为高温换热介质、壳程为低温冷却介质时,温差影响较大,残余接触压力和拉脱力随管程介质温度的升高,先增大后减小,管程介质温度为100℃左右时残余接触压力和拉脱力最大,当温度超过300℃时,接头密封性能及拉脱强度趋于平稳。这一计算结果为换热器管板与换热管液压胀接设计和施工提供了一定的理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 第一章 换热器管板与换热管胀接原理
• 1.1 单层厚壁圆筒应力分析
• 1.1.1 弹性应力
• 1.1.2 弹塑性应力
• 1.1.3 屈服压力
• 1.2 双层厚壁圆筒应力分析
• 1.2.1 基本假定
• 1.2.2 换热管变形阶段
• 1.2.3 对管板加载阶段
• 1.2.4 胀接卸载阶段
• 1.3 本章小结
• 第二章 非线性有限元理论与ANSYS 软件
• 2.1 非线性分析理论
• 2.1.1 材料非线性分析理论
• 2.1.2 几何非线性分析理论
• 2.1.3 边界非线性分析理论
• 2.2 ANSYS 软件求解非线性问题的设置
• 2.3 ANSYS 软件对非线性接触问题实例分析
• 2.3.1 有限元模型的建立
• 2.3.2 有限元计算结果分析
• 2.3.3 有限元分析结果与理论计算结果对比验证
• 2.4 本章小结
• 第三章 液压胀接接头试验模型数值模拟分析
• 3.1 液压胀接原理简介与有限元模型
• 3.2 接头胀接过程中接触压力和残余接触压力分析
• 3.3 温度对接头残余接触压力和拉脱力影响分析
• 3.3.1 不同温度下接头残余接触压力分析
• 3.3.2 不同温度下接头拉脱力分析
• 3.4 本章结论
• 第四章 液压胀接接头高温拉脱试验
• 4.1 接头高温拉脱实验
• 4.1.1 试验目的及原理
• 4.1.2 试件及材料性能
• 4.1.3 实验方法及过程
• 4.2 实验结果及与数值模拟结果对比分析
• 4.2.1 试验结果及分析
• 4.2.2 试验结果与数值模拟结果对比分析
• 4.3 本章结论
• 第五章 液压胀接接头实际模型数值模拟分析
• 5.1 液压胀接接头有限元模型
• 5.1.1 胀接接头几何模型及特点
• 5.1.2 管子与管板材料特性及边界条件
• 5.2 液压胀接接头数值模拟分析
• 5.2.1 接头胀接过程中接触压力和残余接触压力分析
• 5.2.2 温度对接头残余接触压力和拉脱力影响分析
• 5.3 本章结论
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要