空分行業(yè)級間冷卻設(shè)備結(jié)構(gòu)有限元分析方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種空分行業(yè)級間冷卻設(shè)備結(jié)構(gòu)有限元分析方法，包括以下工藝步驟：步驟一、提取主要結(jié)構(gòu)，建立帶有螺柱連接的三維模型；步驟二，對螺柱螺母以及其余主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分；步驟三，設(shè)置螺柱螺母與三維模型的特征屬性以及三維模型間的特征屬性；步驟四，建立約束，施加工作壓力，進(jìn)行計(jì)算；步驟五，計(jì)算結(jié)果分析。根據(jù)本發(fā)明，技術(shù)人員可以快速安全有效的對級間冷卻設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)。
【專利說明】空分行業(yè)級間冷卻設(shè)備結(jié)構(gòu)有限元分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空氣分離行業(yè)級間冷卻結(jié)構(gòu)。具體涉及一種空分行業(yè)級間冷卻設(shè)備結(jié)構(gòu)的有限元分析方法。屬換熱設(shè)備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前在壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核方面主要是采用規(guī)則設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)用SW6.0軟件來進(jìn)行校核，只能用于標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)校核。對于非標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)往往會(huì)出現(xiàn)超出規(guī)則設(shè)計(jì)校核范圍的問題。因此，當(dāng)出現(xiàn)這類問題時(shí)，采用有限元的方法來計(jì)算是一個(gè)很好的方式，但是目前采用有限元方法分析計(jì)算時(shí)所建立的模型過于簡化，對于連接部位采用螺柱螺母連接的方式進(jìn)行簡化處理(見圖1)，其具體實(shí)施步驟如圖2所示(步驟一，建立簡化后的三維模型；步驟二，有限元網(wǎng)格劃分；步驟三，建立約束、施加工作壓力，進(jìn)行計(jì)算；步驟四，計(jì)算結(jié)果分析)，該簡化處理方式采用的模型與實(shí)物不一致，不足以反映實(shí)際工況，按這樣建模的換熱設(shè)備計(jì)算得到的結(jié)果會(huì)存在安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述不足，提供一種比較接近真實(shí)工況的空分行業(yè)級間冷卻設(shè)備結(jié)構(gòu)的有限元分析方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種空分行業(yè)級間冷卻設(shè)備結(jié)構(gòu)有限元分析方法，包括以下工藝步驟:
步驟一、提取主要結(jié)構(gòu)，建立帶有螺柱連接的三維模型
根據(jù)圣維南原理，建立簡化后主要結(jié)構(gòu)的三維模型，該三維模型由管箱蓋板和管箱殼體通過第一螺柱和第一螺母與管板連接構(gòu)成管箱，管板又通過第二螺柱和第二螺母與端板連接，端板與筒體焊接，最終組成了主要結(jié)構(gòu)的三維模型；
步驟二、對螺柱螺母以及其余主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分
根據(jù)步驟一所得的結(jié)構(gòu)，通過APDL命令流的方式生成主要結(jié)構(gòu)的三維模型的網(wǎng)格，通過命令流的方式形成參數(shù)化建模，包括基礎(chǔ)網(wǎng)格的劃分、單元材料的屬性賦值；
步驟三、設(shè)置螺柱螺母的特征屬性以及螺柱螺母與管箱、管板和端板之間的接觸屬性定位螺柱預(yù)拉伸截面，定義螺柱預(yù)拉伸截面的屬性，定義螺母與主要結(jié)構(gòu)的接觸面；定義主要結(jié)構(gòu)之間因?yàn)槁葜菽妇o固作用的接觸面；定義接觸面之間的屬性；
步驟四、建立約束，施加工作壓力，進(jìn)行計(jì)算；
在軟件中利用非線性的解算器，采用載荷步的方式，根據(jù)實(shí)際情況施加約束，對步驟三定義的螺柱預(yù)拉伸截面施加載荷，計(jì)算后鎖定得到的預(yù)變形，再施加單一工況下的壓力并計(jì)算，再施加所有壓力并計(jì)算得到結(jié)果；
步驟五、計(jì)算結(jié)果分析
根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，采用應(yīng)力線性化方式提取線性化應(yīng)力結(jié)果，根據(jù)壓力容器材料標(biāo)準(zhǔn)評定結(jié)果；若不滿足要求，則修改三維模型，若滿足要求則計(jì)算完成。[0005]以上統(tǒng)稱的螺柱均指第一螺柱和第二螺柱，統(tǒng)稱的螺母均指第一螺母和第二螺母。
[0006]本發(fā)明的有益效果是:
通過上述方法，不僅具有圖1圖2全部功能，又考慮了第一螺柱、第二螺柱在實(shí)際連接中的屬性，使被連接件同實(shí)際情況相符合，可以準(zhǔn)確模擬第一螺柱、第二螺柱、管箱蓋板、管箱殼體、管板、端板、筒體各部件在設(shè)計(jì)工況下的變形行為及應(yīng)力狀態(tài)，提高了仿真精度，在此基礎(chǔ)上便于技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)設(shè)備的薄弱處進(jìn)而為修改設(shè)計(jì)提供依據(jù)，從而提高設(shè)備的安全性能，同時(shí)采用ANSYS APDL命令流的方式進(jìn)行參數(shù)化建模，尋求建模的規(guī)律，能夠有效的減少有限元建模的時(shí)間，快速有效，便于技術(shù)人員掌握。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是原空分行業(yè)級間冷卻設(shè)備有限元分析計(jì)算所采用結(jié)構(gòu)的建模示意圖。
[0008]圖2是圖1的有限元分析流程框圖。
[0009]圖3是本發(fā)明的空分行業(yè)級間冷卻設(shè)備有限元分析計(jì)算所采用結(jié)構(gòu)的建模示意圖。
[0010]圖4是圖3的有限兀分析流程框圖。
[0011]附圖標(biāo)記 接管1、第一螺柱2.1、第二螺柱2.2、第一螺母3.1、第二螺母3.2、管箱蓋板4、管箱殼體5、管板6、端板7、筒體8。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明方法的技術(shù)方案。
[0013]如圖:1~4所示:
一種比較接近真實(shí)工況的空分行業(yè)級間冷卻設(shè)備結(jié)構(gòu)的有限元分析方法，結(jié)合實(shí)例，說明其主要步驟包括如下:
步驟一、提取主要結(jié)構(gòu)，建立帶有螺柱連接的三維模型
根據(jù)圣維南原理，建立簡化后主要結(jié)構(gòu)的三維模型，該三維模型由管箱蓋板和管箱殼體通過第一螺柱和第一螺母與管板連接構(gòu)成管箱，管板又通過第二螺柱和第二螺母與端板連接，端板與筒體焊接，最終組成了主要結(jié)構(gòu)的三維模型；
步驟二、對螺柱螺母以及其余主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分
根據(jù)步驟一所得的結(jié)構(gòu)，通過APDL命令流的方式生成主要結(jié)構(gòu)的三維模型的網(wǎng)格，通過命令流的方式形成參數(shù)化建模，包括基礎(chǔ)網(wǎng)格的劃分、單元材料的屬性賦值；
步驟三、設(shè)置螺柱螺母的特征屬性以及螺柱螺母與管箱、管板和端板之間的接觸屬性定位螺柱預(yù)拉伸截面，定義螺柱預(yù)拉伸截面的屬性，定義螺母與主要結(jié)構(gòu)的接觸面；定義主要結(jié)構(gòu)之間因?yàn)槁葜菽妇o固作用的接觸面；定義接觸面之間的屬性；
步驟四、建立約束，施加工作壓力，進(jìn)行計(jì)算；
在軟件中利用非線性的解算器，采用載荷步的方式，根據(jù)實(shí)際情況施加約束，對步驟三定義的螺柱預(yù)拉伸截面施加載荷，計(jì)算后鎖定得到的預(yù)變形，再施加單一工況下的壓力并計(jì)算，再施加所有壓力并計(jì)算得到結(jié)果； 步驟五、計(jì)算結(jié)果分析
根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，采用應(yīng)力線性化方式提取線性化應(yīng)力結(jié)果，根據(jù)壓力容器材料標(biāo)準(zhǔn)評定結(jié)果；若不滿足要求，則修改三維模型，若滿足要求則計(jì)算完成。
[0014]以上統(tǒng)稱的螺柱均指第一螺柱和第二螺柱，統(tǒng)稱的螺母均指第一螺母和第二螺母。
[0015]本發(fā)明方法中:首先由技術(shù)人員將設(shè)備本體進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕?，得到主要結(jié)構(gòu)的特征，建立帶有螺栓連接的三維模型，對螺柱螺母以及其余主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分，設(shè)置螺柱螺母以及主要結(jié)構(gòu)之間的特征屬性，設(shè)置邊界條件，再在解算器中進(jìn)行解算，最后由技術(shù)人員對結(jié)果后處理并根據(jù)各類標(biāo)準(zhǔn)判斷是否滿足要求。
【權(quán)利要求】
1.一種空分行業(yè)級間冷卻設(shè)備結(jié)構(gòu)有限元分析方法，其特征在于所述方法包括以下工藝步驟: 步驟一、提取主要結(jié)構(gòu)，建立帶有螺柱連接的三維模型 根據(jù)圣維南原理，建立簡化后主要結(jié)構(gòu)的三維模型，該三維模型由管箱蓋板和管箱殼體通過第一螺柱和第一螺母與管板連接構(gòu)成管箱，管板又通過第二螺柱和第二螺母與端板連接，端板與筒體焊接，最終組成了主要結(jié)構(gòu)的三維模型； 步驟二、對螺柱螺母以及其余主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元網(wǎng)格劃分 根據(jù)步驟一所得的結(jié)構(gòu)，通過APDL命令流的方式生成主要結(jié)構(gòu)的三維模型的網(wǎng)格，通過命令流的方式形成參數(shù)化建模，包括基礎(chǔ)網(wǎng)格的劃分、單元材料的屬性賦值； 步驟三、設(shè)置螺柱螺母的特征屬性以及螺柱螺母與管箱、管板和端板之間的接觸屬性定位螺柱預(yù)拉伸截面，定義螺柱預(yù)拉伸截面的屬性，定義螺母與主要結(jié)構(gòu)的接觸面；定義主要結(jié)構(gòu)之間因?yàn)槁葜菽妇o固作用的接觸面；定義接觸面之間的屬性； 步驟四、建立約束，施加工作壓力，進(jìn)行計(jì)算； 在軟件中利用非線性的解算器，采用載荷步的方式，根據(jù)實(shí)際情況施加約束，對步驟三定義的螺柱預(yù)拉伸截面施加載荷，計(jì)算后鎖定得到的預(yù)變形，再施加單一工況下的壓力并計(jì)算，再施加所有壓力并計(jì)算得到結(jié)果； 步驟五、計(jì)算結(jié)果分析 根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，采用應(yīng)力線性化方式提取線性化應(yīng)力結(jié)果，根據(jù)壓力容器材料標(biāo)準(zhǔn)評定結(jié)果；若不滿足要求，則修改三維模型，若滿足要求則計(jì)算完成； 以上統(tǒng)稱的螺柱均指第一螺柱和第二螺柱，統(tǒng)稱的螺母均指第一螺母和第二螺母。
【文檔編號】G06F17/50GK103995928SQ201410205627
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月16日
【發(fā)明者】陳健, 趙晉平, 徐凱, 匡麗 申請人:雙良節(jié)能系統(tǒng)股份有限公司