列管式反应器管板和反应管焊接残余应力场有限元模拟.pdf

第 37卷 第 6期 石 油 化 工 设 备 VoI．37 No．6 2008年 11月 PETRO CHEMICAIEQUIPMENT Nov． 2OO8 文章编号 ：1000—7466(2008)06—0036—04 列管式反应器管板与反应管焊接 残余应力场有限元模拟 李奋昆 ，王 许 ，薛 洲 罗晓军 ，张 勇 ，李 臻 (1．西安石油大学 机械工程学院，陕西 西安 710065； 2．中石油第二建设公司 ，甘肃 兰州 730060) 摘要 ：运用大型有限元软件 ANSYS对反应器管板与反应管焊接接头残余应力进行 了模拟 。有限 元模型 中选用了三维实体单元 ，考虑 了材料的热物理性能随温度而变化的情况。运用 内生热的加 载方法模拟焊接热源，运用生死单元技术模拟两道焊焊接过程。获得 了反应器管板与反应管焊接 接头温度场和残余应力一应变场，并对计算结果进行 了分析。 关键词 ：反应器；管板；反应管；有限元模拟；残余应力场 中图分类号 ：TE966 文献标志码 ：A SimulationOil3D ResidualStressesField ofWeldingbetween TubesheetandTubeinReactorbyFEM LIFen—kun一，WANGXu，XUEZhou ，LUOXiao~un ，ZHANGYong，LIZhen (1．SchoolofM echanicalEngineering ，Xi’anShiyouUniversity，Xi’an 710065，China； 2．TheSecondConstructionCompanyofChinaNationalPetroleum andG8．8Corporation，Lanzhou 730060，China) Abstract：Temperatureandstressfieldofweldingbetweentubesheetandtubewassimulatedby FEM usingANSYS．The3D solidelementswereusedin FEM model，and temperaturedepended materialpropertieswereconsidered．Internalheatgenerationloadingmethodwasappliedtosimu— lateheatsource，andmodelchangeabilitytOsimulatetubesheetandtubeweld．Thetemperature fieldandresidualstressfieldof3D tubesheetandtubeweldwereobtained，andtheresultswere discussed． Keywords：reactor； tubesheet；tube； simulation by finiteelementmethod； residualstress fie1d 管板和反应管 的焊接是列管式反应器设计、制 理 ，致使焊接残余应力过大，由此产生的腐蚀将会导 造中最关键的技术之一 ，焊接质量的好坏将直接影 致反应物的泄漏和 串流，产生严重影响。国内外对 响反应器的安全性及寿命。事故调查表明l】]，在 国 焊接残余应力进行的有限元分析大多用于平板对接 内外一系列反应器失效形式中，由残余应力引起 的 时的模型，而对管板与反应管焊接接头焊接残余应 应力腐蚀失效 占80 左右。顺酐反应器是大型列 力三维有限元分析的研究很少。文中基于 ANSYS 管式反应器 ，反