大開孔壓力容器管箱接管應(yīng)力的準(zhǔn)確計(jì)算-連載1

2017-06-03 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

本文源于一個(gè)請(qǐng)求。2016年秋天,公司某領(lǐng)導(dǎo)找到筆者說,現(xiàn)在有11個(gè)型號(hào)的出口加拿大的,參考美國ASME壓力容器規(guī)范設(shè)計(jì)的壓力容器管箱,需要計(jì)算接管處大開孔的強(qiáng)度,現(xiàn)在忙不過來了,讓我先幫忙做3個(gè)型號(hào)的。筆者之前也自己嘗試計(jì)算過這類產(chǎn)品,但是還沒跟著項(xiàng)目做,這次也算是一個(gè)鍛煉機(jī)會(huì)了。

之前,甲方提供了一個(gè)專門規(guī)范分析過程與評(píng)定合格方法的文件,其大部分要求比較容易實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵是有一條對(duì)分析精度的要求十分特殊與嚴(yán)格,即單元磨平后的應(yīng)力結(jié)果與未磨平的應(yīng)力結(jié)果的差別不超過5%。

此要求是筆者暫時(shí)遇到的各種產(chǎn)品應(yīng)力分析要求中最嚴(yán)苛的。交貨在即,臨危受命。拿到并查閱有關(guān)資料,即開始建模和試探性計(jì)算。8天后,將磨平與未磨平結(jié)果控制到2%左右。又過了2天,基本符合甲方格式與內(nèi)容要求的計(jì)算報(bào)告編制完成,提交初版。信心開始膨脹。

由于在壓力容器管箱的接管處,存在明顯的應(yīng)力集中,為保證該處的應(yīng)力結(jié)果精度,卻又不太大的增加計(jì)算量,在分析時(shí)采用了子模型技術(shù);由于是壓力容器產(chǎn)品,后處理主要采用了應(yīng)力線性化方法提取有關(guān)結(jié)果并評(píng)定。

本文主要圍繞ANSYS Workbench軟件的使用過程中的相關(guān)技巧進(jìn)行介紹。其主要包括但不僅限于以下內(nèi)容:

1、幾何模型的合理切分原則;

2、使用DM模塊合并模型的方法;

3、以云圖形式顯示網(wǎng)格質(zhì)量;

4、扭矩荷載的施加;

5、命名選擇的應(yīng)用;

6、通過查看計(jì)算時(shí)間和任務(wù)管理器使用率,推測計(jì)算機(jī)性能瓶頸的方法;

7、子模型技術(shù)的應(yīng)用;

8、虛擬拓?fù)浼夹g(shù)的應(yīng)用;

9、提取局部零件結(jié)果的方法;

10、提取磨平和未磨平的單元應(yīng)力的方法;

11、創(chuàng)建應(yīng)力分類線的2種方法;

12、將線性化結(jié)果導(dǎo)出Excel等內(nèi)容組成。

開始計(jì)算前,簡單介紹一下該空冷器的基本結(jié)構(gòu)。下圖為絲堵管箱式水平安裝的鼓風(fēng)式空冷器。圖-1和圖-2采用的是友商產(chǎn)品的現(xiàn)場照片。如圖-1所示,該設(shè)備自下而上由鋼結(jié)構(gòu)、軸流鼓風(fēng)機(jī)、換熱管束等組成。圖-2為本文所計(jì)算的帶有大開孔的管箱部分的特寫。圖-3為采用第三方軟件建模并渲染的管箱局部模型。

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圖-1 空冷器

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圖-2 管箱局部

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圖-3 渲染的三維模型

本管箱接管處開孔面積比例超過50%,已經(jīng)超過一般壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)范中解析算法的適用范圍,故采用基于有限元方法的ANSYS軟件進(jìn)行模擬仿真應(yīng)力分析。考慮到商業(yè)機(jī)密問題,本文所用模型尺寸和計(jì)算所需參數(shù)均與實(shí)際情況有較大出入,且只針對(duì)采用ANSYS Workbench平臺(tái),對(duì)實(shí)現(xiàn)某一功能的需求的操作方法進(jìn)行介紹。

本文作者:劉笑天

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