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摘 要

本文借用ANSYS有限元软件强大的计算与分析的功能，在建立包括斜锥壳、法兰和筒体在内的循环换热器斜锥结构三维模型的基础上，对其分别进行了外压、内压工况下的模拟，并针对屈曲和应力强度进行了深入的探讨。

本文在研究期间进行了以下工作：首先分析了热交换器的几何结构和生产时的工艺条件，并基于简化模型建立了有限元模型。顾虑到热交换器结构十分复杂，不利于快速建立目标模型，因而接管的简化是在合理范围内快速建立起模型的有效且必要的方法。其次，在分析外压情况前，对该模型进行了外压的屈曲分析与线性化，确保该结构不会正常外压下发生屈曲。最后，在内压条件下，在结构中应力集中情况严重的区域内选择路径，对选好的路径评定其应力强度。

经过后续的模拟和本文深入地剖析，可以得出：该换热器的筒体法兰、斜锥壳、筒体和其互相相连的地方符合应力强度的相关评定，整个换热器和其各部件在一定条件下符合相关要求。在预定寿命内，该换热器可以在不超出使用条件的情况下稳定运行。

关键词：斜锥壳 循环换热 有限元分析 屈曲

Stress Analysis of Inclined Cone Structure of Circulating Heat Exchanger

Abstract

In this paper, the three - dimensional finite element model of the oblique cone structure of the circulating heat exchanger is established by ANSYS finite element analysis software, and the finite element analysis is carried out under different working conditions.

This article conducted the following work during the study:Firstly, the geometrical structure of the heat exchanger and the technological conditions at the time of production are analyzed, and the finite element model is established based on the simplified model.Considering that the structure of the heat exchanger is very complex and is not conducive to the rapid establishment of the target model, the simplification of the takeover is an effective and necessary method for quickly establishing the model within a reasonable range.Secondly, before analyzing the external pressure, the buckling analysis and linearization of the model are carried out to ensure that the structure does not buckle under normal external pressure.Finally, under the condition of internal pressure, the path is selected in the area where the stress concentration is serious, and the stress intensity is evaluated for the selected path.

After further simulation and in-depth analysis of this paper, it can be concluded that the cylinder of the heat exchanger, the oblique cone, the cylinder and the areas where they are connected are consistent with the stress intensity, and the whole heat exchanger and its parts meet certain requirements under certain conditions.Within the intended life, the heat exchanger can operate stably without exceeding the conditions of use.

Key words: blique cone shell; Cycle heat transfer; Finite element analysis; Buckling

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1前言 1

1.2 斜锥结构的研究进展 1

1.3 有限元方法 3

1.3.1 有限元方法的原理 3

1.3.2 有限元方法的发展 3

1.4 有限元方法研究斜锥壳步骤 4

1.4.1 建模 4

1.4.2 划分网格 4

1.4.4 分析对比 5

1.5 斜锥壳的实验研究 5

1.6 斜锥壳的设计方法 6

1.7 斜锥壳的存在问题与趋势预测 7

1.7.1 斜锥壳存在的问题 7

1.7.2 斜锥壳发展趋势预测 7

1.8 本文所做工作 7

第二章 斜锥部分三维建模及网格划分 8

2.1 斜锥部分的三维建模 8

2.1.1 模型单元类型的选择 8

2.1.2 斜锥壳的三维实体建模 8

2.1.3 筒体的三维有限元建模 9

2.1.4 筒体法兰的三维实体建模 9

2.1.5 斜锥部分整体三维模型的生成 9

2.2 斜锥部分三维模型的网格划分 10

2.2.1网格生成方法 10

2.2.2 斜锥部分三维模型的网格划分 10

2.3 载荷及边界条件设定 11

2.3.1位移边界条件 11

2.3.2 载荷 11

2.4 本章小结 13

第三章 不同工况下斜锥部分有限元模拟分析 14

3.1 应力强度评定条件 14

3.2 应力强度的计算 15

3.3各工况下设备的变形 15

3.3.1 外压工况下设备的变形 15

3.3.2 内压工况下设备的变形 16

3.3.3 内压工况下的线性化处理 17

3.4 本章小结 23

第四章 斜锥壳失稳性分析 24

4.1 失稳性分析意义 24

4.2 载荷及约束条件 24

4.3 计算结果分析及讨论 24

4.3.1 有限元软件模拟分析结果 24

4.3.2 结果分析讨论 25

4.4 本章小结 25

第五章 结论与展望 26

5.1 结论 26

5.2 展望 26

参考文献 28

附录 31

附录I 最大应力处应力线性化计算值 31

附录II 斜锥壳大端过渡处应力线性化计算值 33

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