薄壁烟风道有限元分析及设计计算优化的程序实现

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1、东南大学硕士学位论文薄壁烟风道有限元分析及设计计算优化的程序实现姓名：王欣申请学位级别：硕士专业：固体力学指导教师：郭小明20061201摘要烟风煤粉管道是火力发电厂锅炉设备的重要组成部分。利用烟风道排送烟气是火力发电厂运转的重要组成部分之一，影响着发电厂运行的可靠性。烟风煤粉管道一般是由钢板和加固肋组成的矩形道体，烟道壁板厚度通常小于等于6mm，随着锅炉容量的增大，最大已增加到了10mm。烟风煤粉管道具有截面大，烟道壁板薄的特点【73】，如果烟风煤粉管道及其加固肋设计不当不仅会耗费大量的财力，而且会带来很大的安全隐患。国内外火力发电厂烟风煤粉管道加固肋设计计算方案不尽相同。我国

2、初期一直沿袭(前)苏联的以横肋为主，纵肋为辅的设计计算模式，经实践证明并不十分合理，改良设计后，提出了横肋为主，适当考虑内撑杆承受内外荷载，按照薄板大挠度塑性变形模式来进行道体面板计算，并以此为基础对加固肋和内撑杆进行控制设计计算。本文首先采用经典理论分析方法将现有的烟风煤粉管道设计计算模式进行力学理论分析，即采用薄板大挠度弹塑性弯曲变形理论对烟风煤粉管道的实际受力情况进行解析．找到沿袭至今并有所改进的设计模式的理论基础。在理论分析的基础上，利用有限元方法通过ANSYS有限元分析软件对烟风煤粉管道标准道体的局部及整体按照实际工作情况建模，进行有限元数值模拟计算。将经典理论解法与有

3、限元数值解进行对比，对现有的标准道体加固肋设计计算方案经验公式进行分析。针对现有的设计计算模式中将板及其加固肋分别进行控制计算而没有考虑到板和肋的共同作用，本文采用船舶及航空中经常采用的加劲板理论对烟风煤粉管道面板及其加固肋进行综合分析，提出了管道壁及其加固肋共同工作的理论，研究四边固定矩形加劲板的力学性能。对于大容量的锅炉系统中的异形道体，原有设计理论存在许多局限性。本文通过有限元分析方法，应用ANSYS有限元分析软件，按照实际设计情况，对常见的异形道体进行有限元数值模拟分析，找出异形道体的不利受力位置，及其受力特点，指导异形道体的工程设计。由于异形道体内部气流流向复杂，道体对

4、气体流动产生一定的阻力，本文采用计算流体动力学的方法对异形道体内部气流的流动阻力进行简要的计算分析。烟风煤粉管道的加固肋设计长期以来一直采用手算的形式，浪费了大量的人力和时间，本文根据现有的加固肋设计计算流程，结合数值计算的结果编制了标准道体和异性道体加固肋设计优化程序，将设计过程程序化，简化设计流程。在有限元分析及实际工程的基础上提出关于道体加固肋在设计选材方面存在的规律性，通过对不同加固肋间距对应的不同型钢的用钢量对比，提出在加固肋设计过程中加固肋型号的最优选择，以达到即安全适用又经济的目的。研究成果对烟风煤粉管道的设计计算具有很好的指导意义。关键词：烟风煤粉管道；加固肋；有

5、限元分析；Ⅵsua】LISP；CAD二次开发；优化设计；薄板弯曲理论计算流体动力学AbstractAir＆fluegasducts／rawcoal＆pulverizedcoalpipingisoneofthemostimportantpartsofthermalpowerplants．Whetherthetransportationthroughthosepipesmnsnormally,affectsthesafetyofthewholepowersystem．Pipingwithrectanglesectiouismadeofthin·wallsteelplanesandst

6、eelfasten—ribs．Usuallythethickofthethinplatesofpipesarelessthan6millimeters．Withincreasingofvolumeofboilersthethickofpipinggrowsto10millimeters．ThePipingisfeaturedwithlargesectionandthinplates．Ifthefasten·ribsaredesignedundesirable．thiscanIcadtoseriousaccidents．Therearemanydifferentmethodstod

7、esignthefasten-fibsbelongingtopipingintermalpowerplantsallovertheworld，China,inthepast,usedtoutilizethemethodlikethis：transverseribssupportmostoftheloads，andlongitudinalribsassistthetl'ansverseribs．ThismethodwasoriginallyusedinFonnerSovietUni