大開孔壓力容器管箱接管應力的準確計算-連載1

2017-06-03 by:CAE仿真在線來源:互聯網

本文源于一個請求。2016年秋天,公司某領導找到筆者說,現在有11個型號的出口加拿大的,參考美國ASME壓力容器規(guī)范設計的壓力容器管箱,需要計算接管處大開孔的強度,現在忙不過來了,讓我先幫忙做3個型號的。筆者之前也自己嘗試計算過這類產品,但是還沒跟著項目做,這次也算是一個鍛煉機會了。

之前,甲方提供了一個專門規(guī)范分析過程與評定合格方法的文件,其大部分要求比較容易實現。關鍵是有一條對分析精度的要求十分特殊與嚴格,即單元磨平后的應力結果與未磨平的應力結果的差別不超過5%。

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

由于在壓力容器管箱的接管處,存在明顯的應力集中,為保證該處的應力結果精度,卻又不太大的增加計算量,在分析時采用了子模型技術;由于是壓力容器產品,后處理主要采用了應力線性化方法提取有關結果并評定。

本文主要圍繞ANSYS Workbench軟件的使用過程中的相關技巧進行介紹。其主要包括但不僅限于以下內容:

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、以云圖形式顯示網格質量;

4、扭矩荷載的施加;

5、命名選擇的應用;

6、通過查看計算時間和任務管理器使用率,推測計算機性能瓶頸的方法;

7、子模型技術的應用;

8、虛擬拓撲技術的應用;

9、提取局部零件結果的方法;

10、提取磨平和未磨平的單元應力的方法;

11、創(chuàng)建應力分類線的2種方法;

12、將線性化結果導出Excel等內容組成。

開始計算前,簡單介紹一下該空冷器的基本結構。下圖為絲堵管箱式水平安裝的鼓風式空冷器。圖-1和圖-2采用的是友商產品的現場照片。如圖-1所示,該設備自下而上由鋼結構、軸流鼓風機、換熱管束等組成。圖-2為本文所計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

大開孔壓力容器管箱接管應力的準確計算-連載1ansys workbanch圖片3

圖-3 渲染的三維模型

本管箱接管處開孔面積比例超過50%,已經超過一般壓力容器設計規(guī)范中解析算法的適用范圍,故采用基于有限元方法的ANSYS軟件進行模擬仿真應力分析?？紤]到商業(yè)機密問題,本文所用模型尺寸和計算所需參數均與實際情況有較大出入,且只針對采用ANSYS Workbench平臺,對實現某一功能的需求的操作方法進行介紹。

本文作者:劉笑天

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