应用工程有限元分析软件进行相变锅炉强度设计.pdf

ww.XICLI1.com
研究与开发
应用工程有限元分析软件进行相变锅炉强度设计
文章编号:1004-8774(2011)02-25-03
应用工程有限元分析软件
进行相变锅炉强度设计
任胤哲,张晓光,姚志军,祁世银,拓丽,牛刚山,王静
(宁夏三新热超导技术有限公司,银川750002)
摘要:根据相变锅炉、加热炉的结构特点,运用 Femap.工程有限元分析软件,对炉体结构
进行强度设计的数值模拟及仿真分析,探索相变锅炉强度计算的分析设计新方法。
关键词:相变锅炉; Femap软件;数值模拟;设计强度校核;结构优化
中图分类号:TK222
文献标识码:A
第一作者:任胤哲
(1983-),毕业于天
津工业大学,主要从
Use Femap Software to Design Phase- change Boiler事相变加热炉、钢炉
REN Yin-zhe, ZHANG Xiao-guang, YAO Zhi-jun, QI Shi-yin
的设计和强度校核
工作。
TUO Li, NU Gang-shan, WANG Jing
Ningxia Sanxing Heat Super-conduct Technology company, Yinchuan 750002, China
Abstract: Based on the structure characteristic of phase change boiler and heater, used Femap finite element analysis
software, to analyse and simulate the strength of boiler, put forword a new method to calculate and analyse the body strength
of the phase change boiler.
Key words: phase-change boiler; Femap software; numerical simulation; strength check; optimization of the
structure
0·引
map可与 Windows图形用户界面完美结合,这一集
在锅炉及压力容器的强度设计中,我们一般按成系统包括建模、分析及结果的可视化处理。
照关的标准及规程进行设计计算,或者采用符合
该软件使用 Parasolid内核建模,具有丰富的独
这些规程和标准的设计计算软件Sv6(过程设备计立的三维CAD機型接口,可以导人市场上主流的
算软件)进行设计计算,这种设计我们一般称为规
维设计软件如Pro/E、UG、 CATIA、 Solid Edge、 Solid
则设计。但是,随着计算机技术的不断进步和 CAE Works、ー-Deas等的三维几何模利。 Femap具有方
(计算机辅助分析)件的完善和普及,一种全新的便的智能网格划分功能、四面体和六面体网格划分、
分析设计方法正在迅速发展
网格自动处理功能和网格特征抑制功能,有丰富的
1工程有限元分析软件介绍
单元库和开放的材料库,方便用户自行设定。分析
完成之后, Cmap提供了能够快速判读结果的强大
分析设计软件有很多种,用于结构强度分析的的可视化工具,通过变形图、等值线云图、动画显示
有通用型的 ANSYS以及々业的GNOA等软件。和X-Y绘图图示和分析结果数埚报告等,使得处
\X Nastran for Fcmap是另一款通用的向专业分理结果清晰明确。 Femap支持 Opengl.从而提供了
析人的工程有限元分析软件(以下简称 Femap),更多的后处理能力,可穿越实体零件的等值线动态
emap是在 Windows 3环境下开发的工程有限元分析可视化,也可以使实体等值线模型动态旋转、动态査
软件,具有界闻友好、操作方便、易学易用的特点
看创面和等值面等。
Remap使用的求解器是 NX Nastran(美国国家航空
这些优点使得 Remap在分析设计领域得到
航天局NASA的结构分析系统),是业界认可的,经极为广泛的应用,我们的研究目标就是探索在相变
过大量数据验证的高质量和高可靠性的求解器,e锅炉的强度设计中引入 Femap的分析设计。
收稿日期:2010-10-22
学兔ww.kululu.com
26
工业锅炉
2011年第2期(总第126期)
2相变锅炉强度设计和结构优化
相变锅炉设计工作专业性很强,设计稈序繁复,
尤其是涉及强度的校核和结构的优化,需要通过大
量的设计计算,工作量很大且复杂,计算结果不直
观,不仅对设计人员的专业技能水平要求较高,而且
设计周期长。运用 Femap软件对相变锅炉强度设
计及结构优化设计进行数值模拟仿真分析,其计算
图3创建有限元模型
结果直观、设计周期短、设计验证成本低。该软件简2.3边界条件及加载
便易学,一般的工程技术人员都能够很快掌握并应
创建好有限元模型后,就需设置正确的载荷或
用到强度设计及结构优化的工作中。
边界条件。已知相变锅炉锅筒内部受到绝对压力为
采用 Femap软件进行强度分析设计,其工作流0.23MPa,则内部筒体表压应为0.13MPa(该参数
程如图1所示,在相变锅炉强度分析设计中我们也与设备使用地海拔高度有关)。拉撑杆选用20°钢,
将按照这个工作流程进行。
前、后管板选用Q235
边
界条件
分析強
对结某选
行后处漂义
将管板的内壁加载0.13MPa的压力,管板与拉
图1 Femap软件使用工作流程
撑杄端部焊接部位定为完全约束,如图4所示。这
相变锅炉的设计执行GB/T214342008《相里,载荷加载方向为管板表面法线方向,载荷反加将
变锅炉》国家标准,下面通过对平管板带拉撑杆的会得出错误的计算结果。
锅筒结构设计改进前后进行强度数值模拟及仿真分
析验证,简要介绍 Femap软件的使用。
2.1导入或创建模型
首先从 Solid Edge三维设计中导入如下模型。
其中相变锅炉的前、后管板的尺寸为直径1800
mm、厚度8mm,长拉杆直径为25mm、长度为4000
m。如图2所示。
图4加载及边界条件
2.4分析模型及后处理
前管板
确定加载正确的边界条件后,交由 Femap进行分
拉撑杆析处理。在相变锅炉强度分析设计中,变形及应力集
中是强度分析考核的最基本、最重要的方面。图5、图6
后管板
为处理后生成的变形云图及应力分布云图。从图5可
图2管板与拉撑杆的模型
以明显看出,前、后管板以及拉撑杄发生了变形,通过
2.2创建有限元模型(划分网格
读取对应色条和色条数据可以看到管板的变形最大
选择正确的网格刘分方式及单元的属性定义,位置为4.787mm,変形量过大;从图6可以看出,管
是成功进行分析设计的前提,是分析设计的关键环板应力架中处应力最大可达179.3MPa,高出了Q235
节,将关系到后续的计算連度和准确性,密集的网格在250℃下的许用应力(参见CB150-198《钢制压
划分将使得分析结果更加准确。这次整体采用四边力容器》中的规定),所以