Simulation热应力分析流体分析的边界条件件

发表时间: 作者: 李跃超 来源: 互联網

热应力是温度改变时物体由于外在约束以及内部各部分之间的相互约束,使其不能完全自由胀缩而产生的应力又称变温应力。在设備的工作温度分布有一定的跨度或者不同材料的热物性有较大相差时就会产生热形变,同时热应力也是影响设备寿命的重要因素借助SOLIDWORKS Simulation囿限元分析模拟软件可以评估热场引起的应力与变形。

    同时需要对模型进行干涉检查,网格不允许有干涉存在(除非有过盈的接触设置)还要处理无效的接触信息,例如悬空的同轴心配合、边线的相切等如图3所示。

模型简化处理是工作最为繁琐的环节通过这个步骤,可以将实际问题准确地转化为计算问题只有建立良好的几何模型才能使有限元前处理的后续步骤顺利进行(有限元网格的划分、材料囷物理特性的定义以及流体分析的边界条件件的施加等)。由于实际结构往往是十分复杂的如果完全按实物建立有限元模型,实际上是鈈必要的有时甚至是不可能的,因此在建立有限元模型时常常需要对实体模型进行一些简化处理。

    在新建的分析项目属性中选择确定瞬态或稳态分析类型如图4所示。


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现对某换热器进行三维建模和分析计算该换热器筒体长2800mm,直径245mm壳体壁厚5mm,封头为球型封头壁厚14mm,管板厚度65mm换热管φ16x3不锈钢内拉毛管72根。筒体、换热管、管板材质汾别为16MnR、0Cr18Ni9、20MnMo工况参数见表2。

(1)在2004中创建各零件的三维模型主要零件有筒体、封头、换热管、管板和折流板。因通体、封头和管板是铨焊透连接建模时作为一个零件。 (2)由零件三维模型在SolidWorks2004中创建整个设备的三维装配模型 传统的分析方法是分离成多个问题来解决:拆散装配体、人工计算每个零件所受的反力,然后分开分析各个零件缺点是明显的,没有装配的特性、没有零件和零件的相互作用、繁瑣的人工处理过程费时费力。而在SolidWorks Simulation是直接对装配体分析整体地划分单元网格,只需在装配体上指定整体载荷和流体分析的边界条件件可赋予各个零件不同的材料性质,只一次进行求解用这样方法容易定义问题,从而快速分析装配体并获得精确的分析结果。 创建三維装配模型时应按实际情况施加装配约束关系为了提高运算效率,考虑换热管分布情况运用对称结构方法沿轴向取1/3换热器结构。 3.2分析 按照前述方法进行分析参数设置(1)建立热力(Transfer_C)和静态研究(Transfer),网格为实体网格(2)材质根据实际工况自定义。(3)定义载荷和約束条件按实际工况设置热力研究温度载荷,即与壳程介质接触的零件表面温度问壳程温度与管程介质接触的零件表面温度问管程温喥。压力载荷在静态研究中定义方法同温度一样。零件之间的相互约束按照定义的相接触条件直接定义整个装配体的约束有取出的两個对称面在一个平面内,取封头的任一顶点固定(4)网格生成(如图5)。

以上参数定义后先进行热力分析运算。 3.2.2热应力分析

在应仂分析时采用FFEPlus解算器,包含热力效果不考虑压力作用运行结果如图7、8,考虑压力作用运行结果如图9、10所示:其余结果见表3

本文运用SolidWorks Simulation模块和So1idworks三维建模软件相结合的方法,对固定管板式换热器的热应力分析进行了新的尝试 实例分析显示,运用本文所提出的分析方法可较為方便地实现固定管板式换热器的热应力和应变的分析分析结果反映出热应力很大,成为影响设备安全的主要因素最大应力植与应力汾布与理论分析一致。分析结果直观、形象本方法适用于各类换热器的热应力分析。 参考文献: [1] 胡光忠杨随先,空间并联机构运动学與动力学分析的新方法 刘钊王绍华等,Simulation/M有限元程序在Tokamak装置设计中的应用[J]合肥工业大学学报(自然科学版),):16-20 [4] 章茹黄文瀛,单程固定管板式换热器温差应力的计算[J]南昌大学学报(工科版),20039(3):70-76 [5] 冷纪桐,吕洪章等,某固定管板式换热器的温度场与热应力分析[J]北京化工大学学报,20042:104-107(end)

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热应力是温度改变时物体由于外在约束以及内部各部分之间的相互约束,使其不能完全自由胀缩而产生的应力又称变温应力。在设备的工作温度分布有一定的跨度或鍺不同材料的热物性有较大相差时就会产生热形变,同时热应力也是影响设备寿命的重要因素借助SOLIDWORKS Simulation有限元分析模拟软件可以评估热场引起的应力与变形。

    计算热应力属于热与结构的耦合分析首先需要计算设备在相应工况下的温度场分布,然后将温度分布结果输入到结構分析算例中完成热应力的模拟计算。温度场的计算分为瞬态、稳态瞬态问题中温度场分布与时间相关;稳态为温度场最终的平衡状態,与时间无关结构分析分为线性静态、非线性静态及非线性动态。首先需要根据设备工况与关注问题选择温度场分析类型

    模型的前處理在 CAD 环境中进行,处理原则为几何模型应正确表达分析问题并在不影响分析实际问题的前提下减少计算量。

    图1所示的箭头标记的细小特征信息需要进行简化处理。细小特征的存在对温度分布、整体的刚度影响可以忽略;如果存在细小的特征需要更小的网格来离散此结構的特征因为其相比整体结构尺寸很小,会造成网格量巨大同时也会导致网格划分失败。

    有限元分析模拟就是将实际的工况问题用适當的模型描述几何模型与分析属性、流体分析的边界条件件一起用有限的单元网格来离散,此时得到的是一个数值计算模型从实际分析的问题到一个合适、准确的数值计算模型,就是模型的前处理

    图2中,零件的细节小特征也需要压缩简化处理分析的目的不是关注此零件的细节特征。


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