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1、第4期-17-鞍座熱應力的有限元分析單鵬華，王強，趙亮，郭焱霞（中航黎明錦西化工機械（集團）有限責任公司，遼寧葫蘆島125001）[摘要]以蒸汽過熱器的鞍式支座為例，介紹了鞍座的熱應力有限元分析過程。以實體單元為對象，建立有限元分析模型，以順序耦合法對鞍座處的熱應力進行了有限元分析計算。[關鍵詞]鞍式支座；順序耦合；熱應力；有限元分析臥式容器的支撐形式一般為鞍式支座結(jié)構形元軟件對鞍座局部結(jié)構進行熱應力分析計算。某式，JB/T4712.1-2007《鞍式支座》中給出了雙支蒸汽過熱器為U型管式換熱器，殼程的設計溫度為點支撐的鞍座的設計溫度為200℃，若設
2、備的設計400℃，金屬溫度為311℃，因設計溫度太高，超過溫度超過此限制條件時，常規(guī)設計所采用的SW6-了標準要求的鞍座的設計條件范圍，本文對其進行2011計算程序?qū)o法計算，因此，需要采用有限了分析計算。蒸汽過熱器的結(jié)構簡圖如圖1所示。圖1蒸汽過熱器結(jié)構簡圖1蒸汽過熱器基本參數(shù)1.2鞍座的材料參數(shù)見表2，熱分析時的參數(shù)見表1.1蒸汽過熱器的設計參數(shù)見表1所示，做熱應力3。分析時鞍座與換熱器殼程的參數(shù)有關，為此將管程數(shù)據(jù)忽略。表2鞍座的材料參數(shù)表1蒸汽過熱器設計參數(shù)許用應力強度材料名稱工作溫度℃泊松比TSG21-2016《固定式壓力容器安全SmMPa
3、設計規(guī)范技術監(jiān)察規(guī)程》GB/T151-2014Q345R（鞍座）311150.80.3《熱交換器》Q345R（鞍座）801890.3操作壓力MPaG2.5設計壓力MPaG4.0工作溫度℃226/360設計溫度℃400作者簡介：單鵬華（1973—），女，遼寧葫蘆島人，大學本科，平均金屬溫度℃311工學學士，高級工程師?，F(xiàn)在中航黎明錦西化工機械（集團）有限主體材質(zhì)Q345R（鞍座）責任公司研究院工作。腐蝕裕量mm3石油和化工設備-18-論文廣場2017年第20卷表3熱分析材料特性參數(shù)Q345R溫度20℃50℃150℃200℃250℃300℃350℃400
4、℃導熱系數(shù)-360.459.855.953.651.449.247.044.810W/(mm?℃)平均線膨脹系數(shù)-610.9111.5311.8812.2512.5612.9013.2413.5810mm/mm?℃3彈性模量（10MPa）2.0091.9691.9391.9911.8811.8311.7811.701空氣對流傳熱系數(shù)-6212×10W/(mm?℃)注：鋼材的導熱系數(shù)取自ASMEⅡ-D，對流傳熱系數(shù)由專業(yè)人員計算提供，其余材料常數(shù)取自GB150.1～150.4-2011。1.3計算工況見表4。表4鞍座熱應力分析計算工況殼程溫度載荷℃內(nèi)壓
5、：2.5MPa，內(nèi)件重力等效工況311力：0.046MPa2有限元分析2.1有限元分析的基本思想與主要步驟2.1.1有限元分析的基本思想。有限元分析的基本思想是將復雜的幾何受力對象劃分為一個形狀比較簡單的標準構件即單元，然后給出單元節(jié)點的位移和受力描述，構建單元的剛度方程，再通過單元與單元之間的節(jié)點連接關系進行單元的組圖2鞍座結(jié)構的幾何模型裝，得到結(jié)構的整體剛度方程，進而根據(jù)位移約束和受力狀態(tài)，處理邊界條件，并進行求解。單的協(xié)調(diào)性，即單元與單元間的交界的場函數(shù)及其[1]元劃分越細，計算結(jié)果越精確。導數(shù)能保持連續(xù)，這樣單元間不會重疊也不會裂[2][4]
6、2.1.2有限元分析的主要步驟。有限元分析的主開。然后按照材料類型劃分網(wǎng)格。要步驟如下：2.1.2.1根據(jù)該結(jié)構及載荷特性，建立1/2結(jié)構模型。以設備中心線方向為Y軸，建立坐標系。得到所分析結(jié)構的幾何模型，鞍座的幾何模型如圖2所示。本文采用順序耦合法，即以特定的順序求解單個物理場的模型，前一個分析的結(jié)果作為后續(xù)分析的邊界條件施加，先進行熱分析，熱分析選用Solid70單元，熱分析完成后轉(zhuǎn)換單元類型為結(jié)構分析，結(jié)構分析選用Solid185單元，將熱分析的結(jié)果作為溫度載荷施加到結(jié)構分析中，從而完成[3]熱應力耦合計算。2.1.2.2將結(jié)構連續(xù)體離散為若干
7、個子域（單元），并賦予材料常數(shù)。鞍座結(jié)構的有限元網(wǎng)格圖3鞍座結(jié)構的有限元模型模型如圖3所示。模型建立過程中要保證體與體共2.1.2.3施加載荷與約束。位移邊界條件：固定鞍面，面與面共線，線與線共點，目的是保證單元座施加軸向及垂直方向約束；滑動鞍座施加垂第4期單鵬華等鞍座熱應力的有限元分析-19-直方向約束；結(jié)構縱向?qū)ΨQ面施加對稱約束。力2.1.2.5在后處理中提取位移和應力等結(jié)果并進行學邊界條件：溫度載荷：殼程內(nèi)表面施加溫度邊應力強度評定。分析結(jié)果的合格與否需要相應的界條件，溫度為311℃；筒體及鞍座外表面施加評定準則進行評定。分析結(jié)果采用JB473
8、2-19952相應的空氣對流邊界條件12e-6W/(mm?℃)，溫《鋼制壓力容器—分析設計標準》（2005年
