ANSYS动力学仿真技术在蒸汽管道设计中的应用.pdf

《ANSYS动力学仿真技术在蒸汽管道设计中的应用.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2004ANSYS中国用户论文集ANSYS动力学仿真技术在蒸汽管道设计中的应用吕伟剑王苇吴怀之闫海玲李勇全武汉第二船舶设计研究所，430064[摘要]本文利用大型有限元软件ANSYS对某船舶的蒸汽管道进行了仿真分析。在常规弹簧支撑和粘性阻尼弹簧吊架支撑的条件下，分别计算了在简谐载荷和冲击载荷作用下的蒸汽管道动力响应。仿真结果表明，采用粘性弹簧阻尼吊架支撑的蒸汽管道能有效地降低振动冲击的作用。[关键词]蒸汽管道、粘性阻尼弹簧吊架、振动冲击、仿真分析ApplicationofANSYSSoftwareintheDesignofSteamPipingLvWeijianWang

2、WeiWuHuaizhiYanHailingLiYongquanWuhanSecondShippingresearchInstitute,430064[Abstract]Inthepaper,thedynamicsofashipsteampipingwassimulatedandanalyzedbyusingthelargeFEAsoftware—ANSYS.Actedbytheharmonicorshockload,wesimulatedthedynamicrepsonseofthesteampipingwhichsupportedbythenormalsprings

3、andtheviscousspringdampersrespectively.Theresultsshowthatthevibrationwasreducedeffectivelythatthesteampipingwassupportedbytheviscousspringdampsprings.[Keyword]steampiping,viscousdampspring,vibrationandshock,simulatinganalysis1前言大型船舶蒸汽动力装置的管道系统由于受到船体结构及空间的影响，与陆用蒸汽透平有着较大的差别。其中主要是蒸汽管道走向复杂，支

4、撑基础刚性差，同时，受空间限制及安全考虑，蒸汽管道与设备的连接基本上接近于刚性。因此，蒸汽管道就容易受到船舶设备及船体振动的直接激励。尤其是在大风浪的情况下，浪头对船体的直接冲击传播到蒸汽管道上，极易对管系造成巨大的损害。有关理论研究及试验表明，提高蒸汽管道的结构刚度和阻尼，是个良好的减振方法。本文利用大型有限元软件ANSYS对某船舶的蒸汽管道进行了仿真分析，在常规纯弹簧支撑和粘性阻尼弹簧吊架支撑的条件下，分别计算了简谐载荷和冲击载荷作用下的蒸汽管道的动力响应。仿真结果表明，采用粘性阻尼弹簧吊架支撑的蒸汽管道能有效地降低振动冲击的作用，达到了良好的防振及隔振要求。2蒸汽

5、管道仿真分析的有限元模型本文对从锅炉出口到蒸汽轮机的进口管道建立有限元模型。由于主要是对管道进行振动2004ANSYS中国用户论文集冲击分析计算，因此利用ANSYS自带的管道模块单元PIPE16、PIPE18及管道附件进行了建模（图1）。图1蒸汽管道的有限元模型其中支撑点I、II分别用管道模块中的弹簧和自行设计的粘性阻尼弹簧吊架代替，假设粘性112阻尼弹簧吊架的阻尼为线性关系。有关参数为：弹性模量E=2.1×10N/m，泊松比36µ=0.3，密度ρ=7800kg/m，蒸汽压力P=3×10Pa，温度t=230℃，弹簧刚度K=40kN/m，阻尼系数C=5.5kN⋅m/s。3

6、蒸汽管道的动力响应仿真分析蒸汽管道系统一般是碳钢材料，阻尼系数较低，不能很好地吸收振动冲击的能量，从而导致管道的振动变形过大，对船舶上的蒸汽管道来说，一方面会造成管道应力过大，增加安全隐患；另一方面会引起振动噪声幅射，造成管道疲劳失效。为了增加蒸汽管道上的阻尼，我们自行设计了一种粘性阻尼弹簧吊架安装于蒸汽管道上。并与常规弹簧支撑作比较，分别计算了在简谐载荷和冲击载荷作用下的蒸汽管道动力相应，以此掌握在激励频率范围内的管道动态特性、抗冲击能力以及所设计的粘性阻尼弹簧吊架的减振效能。3.1谐响应仿真分析一般来说，蒸汽管道上受到的持续载荷如设备的激振力等为简谐载荷。对有阻尼单

7、自由系统，其在简谐载荷的激振下，运动方程可写为：•••mx+cx+kx=fsin(ωt)（1）0•••f20或：x+2ξωx+ωx=sin(ωt)（2）00m根据振动理论，其稳态解为：2004ANSYS中国用户论文集f/k0(x(t)=sinωt−ϕ)（3）()22221−µ+4µξccω其中，ξ==为阻尼比，µ=为频率比。c02kmω0由式（3）可以看出，在结构一定的管系里，其振幅受到频率比和阻尼的影响。在共振区域，阻尼的存在可以削减共振峰值。基于此原理，我们设计了一种粘性阻尼弹簧吊架，在保留原先的弹簧支吊架的支撑作用外，利用油脂的粘性