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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QCL 88

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