基于ansys斜锥壳固定管板釜式重沸器有限元分析

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1、基于ANSYS斜锥壳固定管板釜式重沸器有限元分析σ=⋅Cε(1-3)板的弯曲性质在很大程度上取决于它的厚度。若板的挠度较板厚为小量，则通过Kirchhoof—love[13]假设：⑴板的中面没有变形，在弯曲时此面保持中性；⑵板中原来在中平面法线上各点，弯曲后仍在中曲面的法线上；⑶板的横向正应力可以不予考虑。此时，结合弹性力学三维问题的基本方程及三点假设，能够建立一套有效的、承受横向载荷的板弯曲近似理论，最终可推导出薄板小挠度弯曲理论。4q∇=w(1-4)D4上式中∇为双重Laplace算子，w为板中面的挠度，q为薄板每单

2、位面积内的横向载荷，D为薄板的弯曲刚度。3EhD=(1-5)212(1−ν)其中：E为弹性模量，ν为泊松比。对于管板这类圆板，当外加载荷及板的支撑条件对于旋转轴对称时，可将其简化为轴对称问题。轴对称问题的圆板的挠曲微分方程为：1d⎧d⎡1d⎛dw⎞⎤⎫q⎨r⎢⎜r⎟⎥⎬=(1-6)rdr⎩dr⎣rdr⎝dr⎠⎦⎭D其通解为：422qrw=Ar+Brlnr+Clnr+K+(1-7)64D其中A、B、C和K为待定常数，由边界条件确定。当圆板为实心时，常数B和C为0，其通解为：42qrw=Ar+K+(1-8)64D当实心圆板固

3、支时，其最大应力为：2()3⎛Di⎞σrmax=q⎜⎟(1-9)16⎝h⎠当实心圆板简支时，其最大应力为：2()()3(3+ν)⎛Di⎞σrmax=σθmax=q⎜⎟(1-10)32⎝h⎠式中：Di为圆板直径；h为圆板厚度。受同管板连接的周边结构(如壳体、管箱、法兰)的影响，实际的圆板周边支撑既非理想的简支也不4河北工业大学硕士论文(是完全的固支。可定义为一个应力系数σ，该系数与圆板周边的结构有关，通过这个系数来计算圆板rt中的最大径向应力。若已知实心圆板材料在设计温度下的许用应力为[σ]，可得到下式：r2(3⎛Di⎞t

4、σr=σrq⎜⎟≤[]σr(1-11)16⎝h⎠则实心板的厚度可以确定为：(σqrh≥D(1-12)i[]tσr由此可见，实心圆板的厚度与其直径和所受的载荷的平方根成正比，而与材料的强度平方根成反比。而当载荷与材料给定时，则厚度将随着直径的加大而增加。1-3-2弹性基础上多孔当量实心圆板理论管板与受分布载荷的圆平板有相似之处：周边受换热器壳体支撑，并承受着轴对称分布载荷。然而管板上还有开孔，对管板有削弱作用；此外，还有管束对管板的支撑作用，这些都有别于一般圆平板。另外，管板周边支承型式的影响，以及管壁与壳壁温度差引起的载

5、荷，使管板的强度计算比圆平板复杂的多。由于管板受力情况复杂，结构种类繁多，可以由各种假设得到各种理论计算方法。假定各有其重点，也有忽略的部分，根据目前情况，可分为三类：（1）以平板理论为基础，考虑经验性修正系数这是最早的一种计算方法，它把管板看作是周边支撑，受均布载荷的圆平板，在平板的计算公式中，引入考虑管束和壳体刚度比的修正系数，得出半经验公式。（2）将管板当作受管束固定支承下的平板来计算如果管板与管束采用强度焊接接头，而且管束受折流板加固后能够达到纵向稳定，则认为管板是受管束固定支承作用的，管板的厚度只要按照最大无支

6、承面积上平板计算就可以。早期的管板强度计算方法多属于这两种方法，如早期的美国TEMA标准和现行的德国AD标准，现行的日本JISB8243标准都采用这种方法。其基础是忽略换热管对管板的支撑作用，认为管壳式换热器是一个实心圆板，加上不同的经验性结构系数进行修正，属于经验公式。严格的讲，以上两种类型的计算方法，既不符合弹性力学基本理论，又与实际情况相距较远，被忽略的因素较多，是一种比较粗略的计算方法。但由于该方法十分简单，至今仍为某些规范所采用，并应用于实际设计工作中。（3）弹性基础上多孔平板理论它假定管板承受管束的弹性支撑作

7、用，并受开孔削弱作用的影响。由于这个模型考虑的因素比较全面，所以目前各国的有关规范正逐步采用这类型的计算方法，如现行的英国BS标准，美国的TEMA标准，法国的CODAP和我国的GB151标准等。考虑到管孔对管板的削弱作用，最简单的办法就是用具有“当量弹性常数”的实心板来代替它，这5基于ANSYS斜锥壳固定管板釜式重沸器有限元分析样可以应用弹性范围内的经典实心板理论。当量实心板必须具有适当的弹性常数，以便在承受相同的载[16]荷时，与真实的板表现出相同的特性。这一理论的发展可以分为三个阶段：第一阶段（1948-1959）[

8、8]第一个弹性基础上的当量多孔实心圆板的力学模型是由Gardner于1948年提出来，该模型用相同尺寸和相同特性的当量实心板来代替真实的多孔板。考虑管板开孔对管板的削弱影响，用系数η来表示开孔后管板的抗弯刚度D的降低，这个系数称为“刚度削弱系数”，由它可计算当量板的弯曲刚度：*DD=⋅η，η≤1(1-13)O’Don