[发明专利]空分行业级间冷却设备结构有限元分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及空气分离行业级间冷却结构。具体涉及一种空分行业级间冷却设备结构的有限元分析方法。属换热设备领域。

背景技术

目前在压力容器结构设计及校核方面主要是采用规则设计方法进行设计，应用SW6.0软件来进行校核，只能用于标准结构的设计校核。对于非标准结构往往会出现超出规则设计校核范围的问题。因此，当出现这类问题时，采用有限元的方法来计算是一个很好的方式，但是目前采用有限元方法分析计算时所建立的模型过于简化，对于连接部位采用螺柱螺母连接的方式进行简化处理（见图1），其具体实施步骤如图2所示（步骤一，建立简化后的三维模型；步骤二，有限元网格划分；步骤三，建立约束、施加工作压力，进行计算；步骤四，计算结果分析），该简化处理方式采用的模型与实物不一致，不足以反映实际工况，按这样建模的换热设备计算得到的结果会存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种比较接近真实工况的空分行业级间冷却设备结构的有限元分析方法。

本发明的技术方案是：一种空分行业级间冷却设备结构有限元分析方法，包括以下工艺步骤：

步骤一、提取主要结构，建立带有螺柱连接的三维模型

根据圣维南原理，建立简化后主要结构的三维模型，该三维模型由管箱盖板和管箱壳体通过第一螺柱和第一螺母与管板连接构成管箱，管板又通过第二螺柱和第二螺母与端板连接，端板与筒体焊接，最终组成了主要结构的三维模型；

步骤二、对螺柱螺母以及其余主要结构进行有限元网格划分

根据步骤一所得的结构，通过APDL命令流的方式生成主要结构的三维模型的网格，通过命令流的方式形成参数化建模，包括基础网格的划分、单元材料的属性赋值；

步骤三、设置螺柱螺母的特征属性以及螺柱螺母与管箱、管板和端板之间的接触属性

定位螺柱预拉伸截面，定义螺柱预拉伸截面的属性，定义螺母与主要结构的接触面；定义主要结构之间因为螺柱螺母紧固作用的接触面；定义接触面之间的属性；

步骤四、建立约束，施加工作压力，进行计算；

在软件中利用非线性的解算器，采用载荷步的方式，根据实际情况施加约束，对步骤三定义的螺柱预拉伸截面施加载荷，计算后锁定得到的预变形，再施加单一工况下的压力并计算，再施加所有压力并计算得到结果；

步骤五、计算结果分析

根据相关标准，采用应力线性化方式提取线性化应力结果，根据压力容器材料标准评定结果；若不满足要求，则修改三维模型，若满足要求则计算完成。

以上统称的螺柱均指第一螺柱和第二螺柱，统称的螺母均指第一螺母和第二螺母。

本发明的有益效果是： 

通过上述方法，不仅具有图1图2全部功能，又考虑了第一螺柱、第二螺柱在实际连接中的属性，使被连接件同实际情况相符合，可以准确模拟第一螺柱、第二螺柱、管箱盖板、管箱壳体、管板、端板、筒体各部件在设计工况下的变形行为及应力状态，提高了仿真精度，在此基础上便于技术人员发现设备的薄弱处进而为修改设计提供依据，从而提高设备的安全性能，同时采用ANSYS APDL命令流的方式进行参数化建模，寻求建模的规律，能够有效的减少有限元建模的时间，快速有效，便于技术人员掌握。

附图说明

图1是原空分行业级间冷却设备有限元分析计算所采用结构的建模示意图。

图2是图1的有限元分析流程框图。

图3是本发明的空分行业级间冷却设备有限元分析计算所采用结构的建模示意图。

图4是图3的有限元分析流程框图。

附图标记

接管1、第一螺柱2.1、第二螺柱2.2、第一螺母3.1、第二螺母3.2、管箱盖板4、管箱壳体5、管板6、端板7、筒体8。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，详细描述本发明方法的技术方案。

如图3~4所示：

一种比较接近真实工况的空分行业级间冷却设备结构的有限元分析方法，结合实例，说明其主要步骤包括如下：

步骤一、提取主要结构，建立带有螺柱连接的三维模型

根据圣维南原理，建立简化后主要结构的三维模型，该三维模型由管箱盖板和管箱壳体通过第一螺柱和第一螺母与管板连接构成管箱，管板又通过第二螺柱和第二螺母与端板连接，端板与筒体焊接，最终组成了主要结构的三维模型；

步骤二、对螺柱螺母以及其余主要结构进行有限元网格划分