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1　绪论1

1.1　概述1

1.2　过程装备特殊零部件1

2　特殊管板应力分析3

2.1 引言3

2.2　管板应力分析概述3

2.2.1 管板和圆平板的主要区别3

2.2.2 影响管板强度和刚度的主要因素4

2.2.3　管板计算方法的主要假设4

2.3　管板应力分析4

2.3.1　管板强度分析的理论依据4

2.3.2　管板当作弹性基础上的圆平板计算5

2.3.3　管板强度计算公式10

2.4　高低温管板热应力分析14

2.4.1 高低温管板的概念14

2.4.2 高低温管板中的热应力15

2.4.3　高低温管板热应力分析的有限单元法16

2.5 高低温管板应力分析的有限单元法24

2.5.1 引言24

2.5.2　位移模式和形函数24

2.5.3　几何关系25

2.5.4　单元刚度矩阵的形成及程序实现27

2.5.5　单元载荷阵28

2.5.6　总体平衡方程组的求解29

2.5.7　应力计算30

2.5.8 高低温管板应力计算结果分析31

2.6 高低温管板应力分析的工程设计公式33

2.6.1 引言33

2.6.2　直径与高、低温管板应力影响系数的关系33

2.6.3　过渡段厚度变化对高、低温管板的应力影响系数34

2.6.4　过渡段厚度对过渡段的应力影响系数35

2.6.5 几点结论35

2.6.6　工程公式36

2.6.7　计算实例37

2.6.8 高低温管板有限元分析37

3　组合结构应力分析44

3.1　组合结构应力分析概述44

3.2　组合结构应力分析的解析法44

3.2.1　位移分析44

3.2.2　约束反力52

3.2.3　内力分析55

3.2.4　应力分析58

3.3　组合结构的热应力分析61

3.3.1　求环板与内外筒连接处的约束反力61

3.3.2　热应力65

3.4　组合结构应力分析的有限单元法66

3.4.1　单元类型的选择66

3.4.2　截锥型旋转壳单元基本理论67

3.4.3　结论78

3.4.4　建议78

4　密封焊元件应力分析80

4.1　概述80

4.1.1　密封研究现状80

4.1.2 高温法兰密封简介80

4.1.3　焊接密封简介81

4.1.4　焊接密封研究现状81

4.2 圆形空腔式密封焊元件的有限元分析81

4.2.1　力学模型建立81

4.2.2　约束情况82

4.2.3　载荷情况82

4.2.4　单元选择82

4.2.5 网格划分82

4.2.6　力学基本方程83

4.2.7　有限元位移模式83

4.2.8　单元平衡方程84

4.2.9　单元刚度矩阵的形成85

4.2.10　整体刚度矩阵的形成86

4.2.11　整体刚度矩阵的贮存86

4.2.12　单元节点力向量的移置87

4.2.13　单元内应力88

4.2.14　主应力求解88

4.3　应力分析的程序实现88

4.3.1 前处理程序QCL88

4.3.2　应力分析程序的功能与框图88

4.3.3　后处理程序的功能和框图89

4.4　结果分析89

4.4.1 结构在受内压时产生的内应力89

4.4.2　结构尺寸对应力的影响分析90

4.4.3 回归结果93

4.4.4 设计方法93

4.5 圆形空腔式密封焊元件应力有限元分析94

5　特种零部件应力分析97

5.1　塔设备变径段的应力分析97

5.1.1 引言97

5.1.2　理论分析97

5.1.3　工程应用103

5.1.4　结论104

5.1.5 ANSYS参数化建模及求解程序105

5.2　氨合成塔内件强度分析108

5.2.1 引言108

5.2.2　催化剂筐底板强度分析108

5.2.3　分气盒上盖板有限元分析117

5.2.4　带中心管换热器管板强度计算120

5.3　特殊法兰应力分析121

5.3.1　概述121

5.3.2　问题的提出121

5.3.3　建模与分析121

5.3.4　讨论123

6　实验应力分析124

6.1　引言124

6.2　高、低温管板的实验应力分析124

6.2.1　实验装置设计124

6.2.2　应变测量125

6.3　组合结构实验应力分析126

6.3.1 实验装置126

6.3.2　模型设计126

6.3.3　实验装置的制造与安装127

6.3.4　常温应变测量128

6.3.5　热应力测量129

6.4 圆形空腔式密封焊元件的实验研究130

6.4.1　实验装置设计130

6.4.2　应变测量131

6.4.3　实验结果与分析131

7　纵流壳程换热器H型结构分析133

7.1　引言133

7.2　数值模拟理论概况134

7.2.1　环板强度计算理论分析134

7.2.2　换热器H型结构理论模型分析136

7.3 H型结构数值模拟及结果分析138

7.3.1　模型建立138

7.3.2　网格划分140

7.3.3　工艺参数准备141

7.3.4　换热器温度载荷确定142

7.3.5　热应力模拟过程145

7.3.6　应力分析结果适用性分析146

7.3.7 冷端、热端对换热器强度性能的影响148

7.4　数值模拟结果综合分析149

7.5　主要结论与讨论153

7.6　换热器结构CAD/CAE二次开发155

8　换热器零部件可靠性分析158

8.1　机械可靠性设计基本原理158

8.1.1 概述158

8.1.2 可靠性简介159

8.1.3　失效概率计算159

8.1.4　概率设计160

8.1.5　概率设计技术166

8.1.6　概率分析结果后处理169

8.1.7　概率设计分析示例170

8.1.8 构件概率设计示例——换热器法兰连接螺栓可靠性174

8.1.9　构件概率设计示例——换热器壳体可靠性178

8.1.10　构件概率设计示例——带裂纹换热器承压壳体剩余寿命预估182

8.1.11 构件概率设计示例——新型纵流换热器组合结构可靠性评定185

8.2 关于螺栓应力数值模拟技巧——预紧力196

8.2.1 应用预紧功能到单体剖分的紧固件196

8.2.2　应用预紧功能到双体剖分的紧固件197

8.2.3　螺栓预紧分析示例197

8.3　蠕变引起的张紧螺栓应力弛豫效应模拟技巧199

9 管壳式换热器典型元件强度计算数值方法202

9.1 ANSYS分析功能简介202

9.2 ANSYS在管壳式换热器壳体件设计中的应用207

9.3　换热器结构可靠性分析215

9.4　换热器中的接触分析问题226

9.5　基于ANSYS分析的换热器零部件结构优化设计229

10　模态法确定多孔板有效弹性常数技术与应用238

10.1 引言238

10.2 模态法确定多孔板有效弹性常数理论模型239

10.3　模态法确定有效弹性常数数值模型241

10.4　模态法确定多孔板有效弹性常数技术评价与应用243

10.5　讨论249

参考文献250