蒸馏塔热效应非线性屈曲行为研究.pdf

第11期
机槭设计与制造
14年11月
Machinery Design Manufacture
蒸馏塔热效应非线性風曲行为研究
卢志珍,许京荆2,王正涛2,袁琨2
(1.江苏省电子产品装备制造工程技术研究开发中心,江苏准安223003:2.上海大学机电工程与白动化学院,上海20002)
摘要:蒸馏塔为石化行业重要的分离设备,结枸整体或者局部屈曲分析用以满足薄壁塔体稳定性设计需求,以蒸馏塔
运行期间的热变形及热应力屈曲变化为研究对象,采用有眼元分析软件 ANSYS Workbench14.0,考虑了内压、外载荷及
热一结构耦合作用产生的结构几何材料非线性,分析模型采用极胛载荷法,对蒸馏塔进行了热效应下的非线性稳定性设
计校核,分析结果表明结构稳定性对热载荷是敏感的,进而确定了蒸馏塔失稳后的形态及其极限承載能力,该方法为蒸
馏塔热一结构耦合的稳定性设计提供参考与借鉴。
关键词:蒸儸塔;稳定性设计;热效应 ANSYS;非线性屈曲;极限承载能力
中图分类号:TH16文献标识码:A文章编号:1001-3997(2014)11-0075-04
Research of Nonlinear Buckling Behavior of Thermal Effect of Distillation Tower
LU Zhi-zheng, XU Jing-jing,, WANG Zheng-tao, YUAN Kun?
(1 Electronics Equipment Manufacturing Engineering Technology Research and Development Center of Jiangsu Province, Jiangsu
Huaian 22300, hina: Sco of Mechatronic Engincering and Automation, Shanghai University, Shanghai 200072, China
Abstract: Distillation tower is important separation equiment in the etochemicd industr, for meeting the design stability
of thin-wall tower body, and the structure ouerall or local buckling analysis is reguired. Due to the therma deformation and
thermal stress during the device operation leading to the structural buckling, the nonlinear buckling analysis of chemical
distillation tower as the research object is represented. Using finite element nalysis softuare ANSYS Workbench14.0, takin
into account the geometric and material nonlinear behaior subject to the thermal Loads, internal pressure, external loads, the
thermal-structural coupling model is established, the extreme load method is applied for calculating the nonlinear stability of
distillation tower. The analysis esults indicate the structura stability is sensit we to thermal Loads, and thus the ultimate
bearing capacities of the structure and instability mode are determined. This method provides a reference and basis for the
stability design of chemical distillation tower.
Key Words: Distillation Tower Stability Design; Therma Effect; ANSYS; Nonlinear Buckling; Ultimate Bearing Ca
1引言
日前,工程领域中结构稳定性设计采用的线性屈曲理论,往
蒸馏塔属于压力容器的一种,是石油化工领域重要的分离住得到非保守的结果。压力容器的稳定性设计规则多是以米西斯
设备,随着生产过程中塔内气液的流动,塔内压力变化明显,甚至公式为依据推导而来的,都要对结构加以限制,并选取适当的安
可能出现高炷或高真空的极端条件。塔器多为大型薄壁结构,因全系数以满足工程的一般需要如ASME压力容器设计规范的
此塔体的失效形式除了因强度不足而发生的整体塑性坍塌或断规则设计篇所使用的主要方法是对各种载荷作用下元件的失稳
裂之外,也会因压应力过大而导致的结构整体或者局部屈曲。通应力引入必要的设计系数后得到压缩应力,再对其许用值加以限
常而言,压力容器在承受外压或轴向压力时,容器内壁产生压应制。
力而发生屈曲。然而,在内压下薄壁元件也会发生局部屈曲,表现规则设计适用于结构与载荷组合相对简单的情况。数值模
出与外压作用类似的屈曲形态,这是因为内压作用下局部周向应拟技术的发展使针对复杂模型在复杂工况条件下的非线性稳定
力体现为压应力因此,工程实践中也需要对内压工况下压力容性计算成为可能,ASME压力容器规范的分析设计篇及欧盟新
器的稳定性进行分析(也称为屈曲分析)。
代压力容器设计规范附录B全面引人了这种分析设计方法門。
来稿日期:2014-05-05
基金项目:江苏省淮安市科技支撑计划(工业)(HAC2013047)
作者简介:卢志珍,(1965-),女,江苏淮安人,本科,副教授,主要研究方向:机械设计与制造