中壓閃蒸槽筒體平面應變模型的應力分析(壓力載荷)

1、題 目：中壓閃蒸槽筒體平面應變模型 應力分析 學 院： 福州大學工程技術學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 姓 名： 劉泉晶 學 號： 261280435 指導老師： 黃健萌 2012年12月1日目錄一、 概況31、 閃蒸槽簡介32、 中壓閃蒸槽筒體壁的應力問題分析4二、 模型的建立 41、 建立幾何模型42、 建立有限元模型5三、 模型加載求解 6四、 結(jié)果分析 61、 位移分析62、 應力分析7五、 小結(jié)13六、 參考文獻14中壓閃蒸槽筒體平面應變模型的應力分析（壓力載荷）一、概況1、 閃蒸槽簡介閃蒸槽是一種重要的節(jié)能裝置，常用于鍋爐排污和過熱凝結(jié)水的余熱回收。鍋爐排污水和過熱凝結(jié)水沿

2、閃蒸槽切線進入罐內(nèi)，根據(jù)流體兩相流和渦流分離理論在罐內(nèi)擴容后，壓力降低，會在罐內(nèi)產(chǎn)生閃蒸汽，可以引入低壓蒸汽管道或通過噴射器加壓后引入中壓管道，進入用熱設備，加熱物料，同時聚集在下部的飽和凝結(jié)水流入，經(jīng)疏水閥后流到凝結(jié)水回收器或除氧水箱中，從而實現(xiàn)能量和資源的回收利用，具有很高的經(jīng)濟價值。圖1.中壓閃蒸槽2、中壓閃蒸槽筒體壁的應力問題分析在實際生產(chǎn)中閃蒸槽往往要求具備較好的防強酸腐蝕等惡劣條件的功能，該型中壓閃蒸槽采用添加陶瓷磚、陶瓷紙和搪鉛的方法使其能滿足各種生產(chǎn)要求。因此我們要建立相應模型對閃蒸槽筒體壁應力及應變進行分析，以確定添加隔離層后能否滿足強度和變形要求。對筒體壁，我們忽略各種管道

3、缺口，由于筒體高度大于其他方向上的尺寸，因此可以按照平面應變進行求解?？紤]到以上問題屬于靜力分析，我們選擇技術成熟且功能強大的商業(yè)軟件ANSYS進行分析。由于鋼殼、搪鉛等材料強度非常高，在1.5MPa應力下可能發(fā)生的變形非常微小，還有對網(wǎng)格的適應性和提高計算精度，因此我們在二維Plane42、Plane43、Plane182、Plane183中選擇Plane183單元類型。Plane183 2維8節(jié)點實體。具有二次位移，適用于模擬不規(guī)則網(wǎng)格。該元素由8個節(jié)點定義，每個節(jié)點2個自由度，x,y方向?？捎糜谄矫鎲卧部捎糜谳S對稱單元，具有塑性、超彈性、應力強化、大變形、大應變能力。可用來模擬幾乎不能

4、壓縮的次彈性材料和完全不能壓縮的超彈性材料的變形。支持初始應力，并提供不同的輸出選項。二、模型建立1、建立幾何模型（1）六種材料的彈性模量、泊松比以及密度如下表：編號123456材料鋼殼陶磚VP788FQ陶瓷紙?zhí)裸U彈性模量GPa2101566516泊松比0.30.30.30.30.30.3密度Kg/ m37800230016001900200011300表1.各種材料參數(shù)（2）幾何模型：圖2. 閃蒸槽筒體平面應變幾何模型2、建立有限元模型圖3.閃蒸槽筒體平面應變有限元模型三、模型加載求解圖4.荷載及約束分布圖四、結(jié)果分析1、位移分析圖5.合位移等值線圖上圖結(jié)果顯示在在柱坐標中，閃蒸槽筒體壁最內(nèi)

5、層陶磚的位移最大，為0.943mm，外層鋼殼的位移最小，為0.881mm，可以說變形是很小的，甚至可以忽略不計，滿足工業(yè)生產(chǎn)中對筒體壁變形的要求。2、 應力分析（1） 陶磚應力分析由圖6陶磚徑向應力云圖所示，可知陶磚徑向受壓，最大壓應力在陶磚內(nèi)側(cè)磚縫處，為1.97MPa，分布較為集中。最小壓應力為0.966MPa分布在兩層磚中間的磚縫處。內(nèi)層陶磚其他地方壓應力1.53MPa左右，外層陶磚拉應力一般為1.19MPa，相比內(nèi)層陶磚受力較小。由圖7陶磚環(huán)向應力云圖所示，可知陶磚環(huán)向受拉，其內(nèi)側(cè)拉應力最大，為4.51MPa，其他地方較小，一般為4MPa，最小拉在兩層磚中間，為3.94MPa。對比材料表

6、中陶磚抗拉強度78MPa，抗壓強度120150MPa，可知陶磚的應力分布滿足強度要求。圖6.陶磚徑向應力云圖圖7.陶磚環(huán)向應力云圖（2）膠泥應力分析圖8.膠泥徑向應力云圖圖9.膠泥環(huán)向應力云圖由圖8膠泥的徑向應力云圖可知，在徑向上陶磚磚縫間的膠泥承受拉應力的作用，最大拉應力為0.238MPa，磚層間的膠泥受壓，最大壓應力為0.161MPa。由圖9膠泥的環(huán)向應力云圖可知，在環(huán)向上膠泥受拉，且磚縫間的拉應力大于磚層間的拉應力，最大拉應力為4.11MPa，最小拉應力為1.24MPa。根據(jù)材料表中參數(shù)，VP788和FQ的抗拉強度均為5MPa，大于最大應力，故滿足要求。（3） 陶瓷紙應力分析圖10. 陶

7、瓷紙徑向應力云圖圖11.陶瓷紙環(huán)向應力云圖由圖10陶瓷紙的徑向應力云圖可知，陶瓷紙徑向受壓，最大壓應力為1.19MPa，最小壓應力為0.859MPa；由圖11陶瓷紙環(huán)向應力云圖可知，陶瓷紙環(huán)向受拉，最大拉應力1.34MPa，最小拉應力1.16MPa。而由常識可知陶瓷紙的的抗拉抗壓強度均很高，大于最大應力，故陶瓷紙能滿足生產(chǎn)中的強度要求。（4） 搪鉛應力分析圖12.搪鉛徑向應力云圖圖13.搪鉛環(huán)向應力云圖 由圖12搪鉛徑向應力云圖可知，搪鉛徑向受壓，最大壓應力為1.2MPa，最小壓應力為0.863MPa；由圖13搪鉛環(huán)向應力云圖可知，搪鉛環(huán)向受拉，最大拉應力4.69MPa，最小拉應力4.54MP

8、a。而由常識可知搪鉛的的抗拉抗壓強度均很高，遠大于最大應力，故搪鉛也能滿足生產(chǎn)中的強度要求。（5）鋼殼應力分析圖14.鋼殼徑向應力云圖.圖圖15.鋼殼環(huán)向應力云圖 由圖14鋼殼徑向應力云圖可知，鋼殼在徑向上外側(cè)受拉內(nèi)側(cè)受壓，最大拉應力為0.0134MPa，最大壓應力1.16MPa。而由圖15鋼殼環(huán)向應力云圖可知，鋼殼環(huán)向全部受拉，最大拉應力64.3MPa，最小拉應力62.7MPa，且內(nèi)側(cè)拉應力大于外側(cè)。雖然較其他材料環(huán)向應力很大，但遠小于鋼材的抗拉強度，故滿足工業(yè)生產(chǎn)要求。（6）整體應力分析圖16.整體徑向應力云圖圖17.整體環(huán)向應力云圖從圖16整體徑向云圖可知，閃蒸槽筒體在徑向上外部受拉內(nèi)部

9、受壓，最大拉應力為0.238MPa，最大壓應力為1.97MPa，且越靠近內(nèi)部的材料層所承受的壓應力越大。磚縫間的膠泥承受拉應力，而磚層間的膠泥和磚層與陶瓷紙間的膠泥承受壓應力，但膠泥所承受的拉應力非常小，僅0.238MPa。從圖17整體環(huán)向云圖可知，閃蒸槽在環(huán)向上整體受壓，且分層十分明顯。外層鋼殼上壓應力為64.3MPa，而其他層材料上的壓應力僅為1.16MPa，遠小于鋼殼所承受的壓應力。根據(jù)材料表所給的各種材料的參數(shù)，我們可知所有材料在徑向和環(huán)向上所承受的應力均小于其強度，故所有材料均能滿足要求，該種設計合格。五、小結(jié)本次有限元論文，巧妙的結(jié)合了工程實際，使我們在課程學習中學到的東西得到了實際應用，是對我們學習的一種檢驗，同時也是一種補充，更重要的是讓我們得到了鍛煉。從分析工程實際問題到抽象出平面應變模型，使我們了解到了我們所學東西如何在工程運用。同在進行分析的過程中我們碰到了各式各樣的問題，如單元選擇、坐標系運用、結(jié)果分析等。通過查找資料，填補了很多知識盲點，