全焊接板式换热器管侧集合箱结构分析和力学模型

全焊接板式换热器管侧集合箱结构分析和力学模型

根据管侧集合箱的结构特性和工程要求，利用ANSYS软件的前处理程序PREP 7，经过单元类型选择、材料参数的确定、几何建模和单元生成等步骤，建立管侧集合箱的有限元分析模型，并对有限元的模型进行网格划分。本文采用Shell 63弹性四节点63单元自底向上的建模方法建立有限元模型，得到结构的变形及受力分析。

 1 连接板与管侧端板搭接的力学模型

根据结构特性和载荷特性，在有限元模型中，取整个管侧集合箱的1／4进行分析。壳体有限元模型见图1。
 
 2 约束条件

由于模型取整体的1／4进行分析，因此在模型对称面上施加对称约束。连接板与板束连接的部位施加固定约束，管侧侧端板也施加固定约束。

 3 有限单元选择

(1)定义单元类型

结构采用ANSYS 9．0软件中的弹性四节点63单元(SheB elastic 4node 63)。Shell63弹性壳：具有弯矩和薄膜特性，可承受与平面同方向及法线方向的荷载。每个节点6个自由度： X、Y、 方向和绕 X、Y、 轴方向。有应力强化和大变形能力，提供用于大变形分析的连续性相切矩阵。

(2)定义材料属性

设定连接板和端板的弹性模量E为190GPa，泊松比μ为0．29；设定加强圈和法兰的弹性模量E 为200GPa，泊松比μ为0．28。

(3)网格划分

网格划分选择自由网格划分方式。

 4 施加载荷

在模型的内表面施加0．2 MPa的压力。

3 分析结果

分析结果包括管侧集合箱的各项应力和等效应力及变形分析。

  1 管侧集合箱各项应力及等效应力
 
  2 计算结果分析

  最大的应力出现在管侧侧端板中点，即矩形截面长边中点处，这与根据工程经验估计的最大应力值位置是相吻合的。证明该模型的建立和计算结果是符合实际的。