中压闪蒸槽筒体平面应变模型的应力分析(压力载荷).doc

题 目：中压闪蒸槽筒体平面应变模型 应力分析 学 院： 福州大学工程技术学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 刘泉晶 学 号： 261280435 指导老师： 黄健萌 2012年12月1日 目录 概况………………………………………………………………3 闪蒸槽简介……………………………………………………………3 中压闪蒸槽筒体壁的应力问题分析…………………………………4 模型的建立 ………………………………………………………………4 建立几何模型…………………………………………………………4 建立有限元模型………………………………………………………5 模型加载求解 ……………………………………………………………6 结果分析 …………………………………………………………………6 位移分析………………………………………………………………6 应力分析………………………………………………………………7 小结………………………………………………………………………13 参考文献…………………………………………………………………14 中压闪蒸槽筒体平面应变模型的应力分析（压力载荷） 一、概况 1、 闪蒸槽简介 闪蒸槽是一种重要的节能装置，常用于锅炉排污和过热凝结水的余热回收。锅炉排污水和过热凝结水沿闪蒸槽切线进入罐内，根据流体两相流和涡流分离理论在罐内扩容后，压力降低，会在罐内产生闪蒸汽，可以引入低压蒸汽管道或通过喷射器加压后引入中压管道，进入用热设备，加热物料，同时聚集在下部的饱和凝结水流入，经疏水阀后流到凝结水回收器或除氧水箱中，从而实现能量和资源的回收利用，具有很高的经济价值。 图1.中压闪蒸槽 2、中压闪蒸槽筒体壁的应力问题分析 在实际生产中闪蒸槽往往要求具备较好的防强酸腐蚀等恶劣条件的功能，该型中压闪蒸槽采用添加陶瓷砖、陶瓷纸和搪铅的方法使其能满足各种生产要求。因此我们要建立相应模型对闪蒸槽筒体壁应力及应变进行分析，以确定添加隔离层后能否满足强度和变形要求。对筒体壁，我们忽略各种管道缺口，由于筒体高度大于其他方向上的尺寸，因此可以按照平面应变进行求解。 考虑到以上问题属于静力分析，我们选择技术成熟且功能强大的商业软件ANSYS进行分析。由于钢壳、搪铅等材料强度非常高，在1.5MPa应力下可能发生的变形非常微小，还有对网格的适应性和提高计算精度，因此我们在二维Plane42、Plane43、Plane182、Plane183中选择Plane183单元类型。Plane183 2维8节点实体。具有二次位移，适用于模拟不规则网格。该元素由8个节点定义，每个节点2个自由度，x,y方向。可用于平面单元也可用于轴对称单元，具有塑性、超弹性、应力强化、大变形、大应变能力。可用来模拟几乎不能压缩的次弹性材料和完全不能压缩的超弹性材料的变形。支持初始应力，并提供不同的输出选项。 二、模型建立 1、建立几何模型 （1）六种材料的弹性模量、泊松比以及密度如下表： 编号 1 2 3 4 5 6 材料 钢壳 陶砖 VP788 FQ 陶瓷纸 搪铅 弹性模量 GPa 210 15 6 6 5 16 泊松比 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 密度 Kg/ m3 7800 2300 1600 1900 2000 11300 表1.各种材料参数 （2）几何模型： 图2. 闪蒸槽筒体平面应变几何模型 2、建立有限元模型 图3.闪蒸槽筒体平面应变有限元模型 三、模型加载求解 图4.荷载及约束分布图 四、结果分析 1、位移分析 图5.合位移等值线图 上图结果显示在在柱坐标中，闪蒸槽筒体壁最内层陶砖的位移最大，为0.943mm，外层钢壳的位移最小，为0.881mm，可以说变形是很小的，甚至可以忽略不计，满足工业生产中对筒体壁变形的要求。 2、 应力分析 （1） 陶砖应力分析 由图6陶砖径向应力云图所示，可知陶砖径向受压，最大压应力在陶砖内侧砖缝处，为1.97MPa，分布较为集中。最小压应力为0.966MPa分布在两层砖中间的砖缝处。内层陶砖其他地方压应力1.53MPa左右，外层陶砖拉应力一般为1.19MPa，相比内层陶砖受力较小。由图7陶砖环向应力云图所示，可知陶砖环向受拉，其内侧拉应力最大，为4.51MPa，其他地方较小，一般为4MPa，最小拉在两层砖中间，为3.94MPa。对比材料表中陶砖抗拉强度7~8MPa，抗压强度120~150MPa，可知陶砖的应力分布满足强度要求。 图6.陶砖径向应力云图 图7.陶砖环向应力云图 （2）胶泥应力分析 图8.胶泥径