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Dieser Beitrag wurde zuletzt von Freestyle-sky am 2.5.2018 um 11:15 Uhr veröffentlicht. Der Herausgeber respektiert die Originalität. Dieser Artikel basiert auf dem Finite-Elemente-Analysebeispiel einer flexiblen dünnen Rohrplatte im öffentlichen WeChat-Konto von „ANSYS Analysis Designer“ [1. Bestimmen Sie die ursprünglich berechnete Dicke des Rohrbodens.] Nehmen Sie als Beispiel einen flexiblen Synthesereaktor mit dünnem Rohrboden, wie in der folgenden Abbildung dargestellt. Da das Wärmetauscherrohr mit Katalysator gefüllt ist und 26,2 Tonnen wiegt, werden für die Verbindung von unterem Rohrboden, unterem Rohrkasten und Mantel ringförmige Schmiedeteile mit besserer Beanspruchung verwendet. Die Anzahl der Wärmetauscherrohre in diesem Reaktor beträgt 6041, die Spezifikation der Wärmetauscherrohre beträgt Φ38×2, die Wärmetauscherrohre sind in einem Winkel von 60° angeordnet und der Abstand beträgt 48 mm. Designparameter, Materialien und thermophysikalische Leistungsparameter sind in der folgenden Tabelle aufgeführt: 1. Schematisches Strukturdiagramm eines flexiblen Synthesereaktors mit dünnem Rohrboden. Grundlegende Designparameter. Die thermophysikalischen Leistungsparameter von Materialien bei unterschiedlichen Temperaturen werden mithilfe der Berechnungsmethode für flexible dünne Rohrplatten berechnet. Die Dicken betragen jeweils: Die nach der GB/T150-Methode berechnete Dicke beträgt 7,62 mm ； Die nach der SH/T3158-Methode berechnete Dicke beträgt 6,24 mm ； Die nach der westdeutschen AD-Spezifikationsmethode berechnete Dicke beträgt 6,45 mm. ； Nach der Berechnungsmethode von GB/T151 beträgt sie 6,14 mm. Wenn man jedoch bedenkt, dass der Durchmesser der Ausrüstung groß ist, kommt es beim Schweißen der Rohrplatte und des Wärmetauscherrohrs zu großen Verformungen, was hohe Anforderungen an den Herstellungsprozess des Herstellers stellt. Darüber hinaus ist das Wärmetauscherrohr mit Katalysator gefüllt. Die Rohrplatte muss nicht nur das Gewicht des Wärmetauscherrohrs tragen, sondern auch das Gewicht des Katalysators, was einen größeren Einfluss auf die Verformung der Rohrplatte hat. Nach wiederholten Berechnungen mit Finite-Elemente-Software wurde die Dicke der flexiblen dünnen Rohrplatte schließlich mit 24 mm angenommen. [2. Etablierung eines Finite-Elemente-Modells] 1. Vereinfachung des Modells: (1) Angesichts der Größe des gesamten Modells und der großen Anzahl von Wärmetauscherrohren wurde ein 1/12 symmetrisches Finite-Elemente-Modell erstellt ； (2) Um den Einfluss des Katalysatorgewichts auf den Rohrboden und die Koordination der Verformung der oberen und unteren Rohrböden, Rohrbündel und Schalen zu simulieren, wurde die gesamte Wärmeaustauschrohrlänge gebaut ； (3) Es wird davon ausgegangen, dass der Rohrboden und das Wärmeaustauschrohr vollständig geschweißte Strukturen sind und die beiden eng integriert sind, ohne das Kontaktproblem zu berücksichtigen. 2. Auswahl der Einheit: (1) Während der thermischen Analyse werden die Wärmetauscherrohre mit Solid70-Einheiten vernetzt, und die übrigen Strukturen werden mit Solid90-Einheiten vernetzt. ； (2) Bei der Durchführung einer Strukturspannungsanalyse werden die thermischen Einheiten in Solid185- bzw. Solid186-Einheiten umgewandelt. 3. Rasterteilung: (1) Das gesamte Modell wird an den Diskontinuitäten jeder Struktur in mehrere Individuen zerlegt und die SWEEP-Sweep-Meshing-Methode wird verwendet, um das gesamte Hexaedernetz zu unterteilen. ； (2) SIZING wird verwendet, um die Kanten in wichtigen spannungsbehafteten Bereichen in gleiche Teile zu unterteilen und das lokale Gitter zu verfeinern, um die Berechnungseffizienz zu verbessern und gleichzeitig die Berechnungsgenauigkeit sicherzustellen. Das gesamte Modellgitter umfasst etwa 1,5 Millionen Knoten. 4. Lastaufbringung: (1) Entsprechende Auslegungsdrücke werden auf die Rohrseite bzw. Mantelseite ausgeübt. ； (2) Unter Berücksichtigung des Druckabfalls des Katalysatorbetts und des statischen Drucks der Flüssigkeitssäule wenden Sie den entsprechenden äquivalenten Druck auf die Oberseite des oberen Rohrkastens an ； (3) Berücksichtigen Sie den Einfluss des strukturellen Eigengewichts. 5. Festlegung von Randbedingungen: (1) Wenden Sie Symmetriebeschränkungen auf alle Flächen bei 0 Grad bzw. 30 Grad an ； (2) Wenden Sie vertikale Verschiebungsbeschränkungen auf die untere Endfläche des unteren Rohrkastenzylinders an. [3. Ergebnisse der Analyse der thermischen Strukturkopplung] Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass die maximalen Spannungen des oberen und unteren Rohrbodens 174,1 MPa bzw. 122,4 MPa betragen und beide im Randbereich des Rohrboden-Layoutbereichs auftreten. Die Spannung schwankt und nimmt vom Rand zur Mitte des Rohrverlegungsbereichs hin ab. Die Beanspruchung des Rohrbündels besteht aus zwei Teilen. Ein Teil davon ist die primäre Spannung, die durch den Druck der das Rohrbündel tragenden Rohrplatte entsteht. ； Der andere Teil ist die Sekundärspannung, die durch das Biegemoment und die Scherkraft am Rand der Rohrplatte erzeugt wird, die durch die Verformung des Rohrbündels und der Hülle verursacht werden, und ihr Wert zeigt einen schwankenden Dämpfungstrend vom Rand zur Mitte des Rohrverteilungsbereichs. Ab einem bestimmten Randabstand geht der Sekundärspannungswert praktisch auf Null zurück. Daher weisen die meisten Rohranordnungsbereiche der Rohrplatte nur eine lokale Biegung auf, und es gibt keine Gesamtbiegung, die durch das Biegemoment und die Scherkraft an der Kante der Rohrplatte verursacht wird. Das heißt, die meisten Rohrbündel weisen nur eine Primärspannung auf. Die maximalen vertikalen Verschiebungen des oberen und unteren Rohrbodens betragen 16,1 mm bzw. 5,1 mm, und der Verschiebungsunterschied zwischen der Mitte und dem Rand des Rohrbodens ist gering und überschreitet nicht 8 mm. [4. Bewertung der strukturellen Spannungsfestigkeit] Um die Spannungsverteilung in jedem Bereich des Synthesereaktors intuitiver zu betrachten, wurden 12 Pfade auf der Struktur definiert.: Aus den Daten in der Tabelle ist ersichtlich, dass der Spannungswert der Rohrplatte im Rohrführungsbereich kleiner und im Randbereich größer ist. ； Die Spannungswerte im Übergangsabschnitt zwischen oberem und unterem Rohrboden und im Übergangsabschnitt des oberen Rohrkastens sind relativ groß und werden hauptsächlich durch Biegespannungen verursacht. Die Belastungen der Struktur unter anderen Arbeitsbedingungen haben alle die Festigkeitsbewertung bestanden. Aus Platzgründen werden sie hier nicht einzeln aufgeführt. [5. Bewertung der Stabilität und Abzugskraft von Wärmetauscherrohren] Die Stabilität und Abzugskraft von Wärmetauscherrohren werden gemäß GB/T151-2014 bewertet. Gemäß den Ergebnissen der Finite-Elemente-Berechnung können die maximale axiale Spannung und der maximale axiale Druck des Wärmetauscherrohrs unter jeder Arbeitsbedingung ermittelt werden. Gemäß Abschnitt 7.3 von GB/T151-2014 beträgt die zulässige axiale Druckspannung des Wärmetauscherrohrs: Bei der Berechnung der Auszugskraft der Schweißnaht, die das Wärmeaustauschrohr und die Rohrplatte verbindet, wird der größere Wert des Absolutwerts der maximalen Zugkraft und des maximalen Drucks des Wärmeaustauschrohrs herangezogen. Die zulässige Auszugsspannung wird gemäß der Norm GB/T151-2014 Tabelle 7-12 ermittelt. Sie entspricht der Hälfte des kleineren Werts der zulässigen Spannung der Rohrplatte und des Wärmetauscherrohrs bei der Auslegungstemperatur und beträgt 56,75 MPa. Tabelle 5 listet die Bewertungsergebnisse der Stabilität des Wärmeaustauschrohrs und der Abziehkraft unter den Arbeitsbedingungen 1 bis 6 auf. Die Berechnungsergebnisse zeigen, dass die axiale Druckspannung des Wärmetauscherrohrs die Stabilitätsbedingungen erfüllt und die Schweißnaht zwischen dem Wärmetauscherrohr und dem Rohrboden die zulässigen Anforderungen an die Abzugsfestigkeit erfüllt.