本文關(guān)鍵詞：壓力容器熱力耦合的有限元分析

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【摘要】：壓力容器是用于完成反應(yīng)、傳質(zhì)、傳熱、分離和儲(chǔ)存等生產(chǎn)工藝過(guò)程并能承受壓力載荷的一種密閉容器,被廣泛應(yīng)用于石油化工、動(dòng)力、核能、機(jī)械制造等工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。因其通常在波動(dòng)溫度條件下使用,所以除了承受機(jī)械應(yīng)力外,還要承受由于溫度分布變化而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。尤其是在啟停過(guò)程中的瞬態(tài)溫度變化明顯,這種循環(huán)熱應(yīng)力可能達(dá)到相當(dāng)?shù)臄?shù)值,足以使壓力容器產(chǎn)生過(guò)量的塑性變形或疲勞斷裂破壞。因此,深入研究容器結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)、耦合熱應(yīng)力以及部件間的熱傳遞規(guī)律具有重要的理論意義和工程價(jià)值。本文以實(shí)際容器結(jié)構(gòu)為例,結(jié)合有限單元法建模要求,合理簡(jiǎn)化后建立了壓力容器的三維有限元計(jì)算模型。利用順序耦合法模擬了鋼制壓力容器和非均勻材料壓力容器的啟停過(guò)程,最終分別得到整體結(jié)構(gòu)的溫度變化和耦合熱應(yīng)力。然后根據(jù)數(shù)值仿真結(jié)果,結(jié)合相關(guān)行業(yè)規(guī)范,判定了壓力容器各部件的安全狀況,給出了結(jié)構(gòu)耦合熱應(yīng)力的變化規(guī)律,給出了主螺栓上的應(yīng)力狀態(tài),并比較了兩種壓力容器傳熱的差異以及耦合熱應(yīng)力的差異。本文的研究模擬了真實(shí)的工程結(jié)構(gòu),給出了比較精確的數(shù)值模擬結(jié)果,對(duì)實(shí)際工程具有重要的指導(dǎo)作用。根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果,得出以下結(jié)論:(1)在特定工況下,鋼制壓力容器啟動(dòng)時(shí)各部件的耦合熱應(yīng)力值偏大,以致頂蓋和接管段已經(jīng)局部破壞,主螺栓、主螺母出現(xiàn)塑性變形;停止時(shí),鋼制壓力容器頂蓋出現(xiàn)塑性變形,接管段已經(jīng)局部破壞,螺栓和主螺母處于安全應(yīng)力狀態(tài)。而非均勻材料壓力容器在啟動(dòng)、停止過(guò)程中,各部件的耦合熱應(yīng)力值均比較小,且各部件均處于安全應(yīng)力狀態(tài)。(2)在熱傳導(dǎo)過(guò)程中,鋼制壓力容器的傳熱速度較快,非均勻壓力容器的傳熱速度較慢,非均勻材料的隔熱性能較好。(3)在啟動(dòng)過(guò)程中,兩種壓力容器結(jié)構(gòu)耦合熱應(yīng)力值隨壁厚方向上升,而在停止過(guò)程中,兩種壓力容器結(jié)構(gòu)耦合熱應(yīng)力值隨壁厚方向下降。兩種壓力容器的耦合熱應(yīng)力值在環(huán)向上均保持軸對(duì)稱(chēng)。(4)給出了兩種壓力容器啟停過(guò)程主螺栓上的軸力和彎矩的精確數(shù)值,為壓力容器主螺栓的設(shè)計(jì)和安全校核提供了理論依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：壓力容器 瞬態(tài)溫度場(chǎng) 耦合熱應(yīng)力 有限單元法
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TH49
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 引言11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀綜述11-16
• 1.2.1 壓力容器熱應(yīng)力的研究11-14
• 1.2.2 非均勻材料在壓力容器中的應(yīng)用14-16
• 1.3 本課題的研究?jī)?nèi)容16
• 1.4 本課題的創(chuàng)新點(diǎn)16-17
• 第2章 熱傳導(dǎo)問(wèn)題的有限元分析17-25
• 2.1 引言17
• 2.2 熱傳導(dǎo)數(shù)值分析的意義及可靠性17-18
• 2.3 不同材料中的熱傳導(dǎo)18-21
• 2.3.1 各向同性材料中的熱傳導(dǎo)18-19
• 2.3.2 各向異性材料中的熱傳導(dǎo)19-21
• 2.4 熱傳導(dǎo)問(wèn)題的有限元法分析方法21-25
• 2.4.1 三維瞬態(tài)溫度場(chǎng)問(wèn)題的一般表達(dá)格式21-22
• 2.4.2 瞬態(tài)熱傳導(dǎo)有限元的一般格式22-23
• 2.4.3 彈性熱應(yīng)力問(wèn)題的有限元方程23-25
• 第3章 壓力容器的有限元模型25-32
• 3.1 問(wèn)題描述25-26
• 3.2 有限元模型的建立26-31
• 3.2.1 模型簡(jiǎn)化27
• 3.2.2 材料參數(shù)27-29
• 3.2.3 部件之間的接觸設(shè)置29-30
• 3.2.4 網(wǎng)格劃分及單元設(shè)置30-31
• 3.2.5 模型邊界條件及載荷31
• 3.3 本章小結(jié)31-32
• 第4章 鋼制壓力容器的耦合熱應(yīng)力分析32-43
• 4.1 引言32
• 4.2 升溫過(guò)程耦合熱應(yīng)力的計(jì)算32-38
• 4.2.1 瞬態(tài)溫度場(chǎng)的計(jì)算32-34
• 4.2.2 耦合熱應(yīng)力的計(jì)算34-35
• 4.2.3 計(jì)算結(jié)果與分析35-38
• 4.3 降溫過(guò)程耦合熱應(yīng)力的計(jì)算38-42
• 4.3.1 瞬態(tài)溫度場(chǎng)的計(jì)算38-39
• 4.3.2 耦合熱應(yīng)力的計(jì)算39-40
• 4.3.3 計(jì)算結(jié)果與分析40-42
• 4.4 本章小結(jié)42-43
• 第5章 非均勻材料壓力容器的耦合熱應(yīng)力分析43-54
• 5.1 引言43-44
• 5.2 升溫過(guò)程耦合熱應(yīng)力的計(jì)算44-49
• 5.2.1 瞬態(tài)溫度場(chǎng)的計(jì)算44-45
• 5.2.2 耦合熱應(yīng)力的計(jì)算45-46
• 5.2.3 計(jì)算結(jié)果與分析46-49
• 5.3 降溫過(guò)程耦合熱應(yīng)力的計(jì)算49-53
• 5.3.1 瞬態(tài)溫度場(chǎng)的計(jì)算49-50
• 5.3.2 耦合熱應(yīng)力的計(jì)算50-51
• 5.3.3 計(jì)算結(jié)果與分析51-53
• 5.4 本章小結(jié)53-54
• 總結(jié)與展望54-56
• 致謝56-57
• 參考文獻(xiàn)57-60
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文60

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：685847