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热挤压等径直三通强度有限元分析

2024-10-21 18:48阅读:
编辑:杭州那泰有限元分析公司 www.nataid.com
热挤压等径直三通强度有限元分析
三通管件是电站锅炉机组高温高压管道上的重要部件。随着锅炉机组容量不断增大,其参数不断提高。要求对三通强度特性做出科学评定、分析运转中三通各部位的应力值及应力分布规律,以找出三通强度最薄弱的位置。三通现行强度设计采用经验的近似方法,如按交叉区域危险断面的平均应力法、压力面积法、等效面积法、减弱系数法等,与试验结果相比尚不能满足设计需要,且不能得出应力分布状况。由于三通结构特点所致,应用弹性理论解析法分析其应力分布是很困难的。杭州那泰有限元分析公司采用有限元法对热挤压直三通进行强度有限元分析计算。
等径直三通结构简图如图所示,其结构特征是坐标平面
XOZYOZ为结构对称平面。因而取其1/4为计算模型如图所示,以减少计算工作量。本文采用ZO结点等参元进行计算。由虚位移原理,三通所受载荷有:工作压力,(取设计压力),温度变化引起的热载荷,自重引起管件AB>C端载荷(称自重载荷)以及管路连接热膨胀引起的ABC端载荷(称热膨胀载荷)。工作压力9作用于管件内表面,选定为局部坐标 (即右0帕的表面,则此面上各结点的等效结点力为:端部载荷按对称反对称有四种工况。考虑到三通的应力主要是由工作压力引起的,应予单独计算,故分成下列五种工况:工况1:工作压力及热载荷工况(简称内压工况)。此工况为对称XOZYOZ平面。
等径三通强度分析程序TPW-1,采用FORTRAN语言编制,考虑到大型程序在微机上计算,求解刚度方程,应用矩阵分块解法。为便于应力结果分析比较,输出内压工况及内压与端部载荷作用的合成工况两类应力。计算框图及源程序略。为消除刚体位移,在结点l处应附加约束。此外在A,B端面上有荷结点应取消有荷方向的约束。工作压力及热载荷按式形成结点载荷列阵。管件端部载荷则依圣维南原理,在离力作用点较远的区域,力的作用形式对应力分布不产生明显影响。故计算中,集中力按平均分配到端面各结点,则两端面各结点载荷为:单元结点划分取三通管件的四分之一划分单元。考虑到端部应力变化较平稳,采用粗网格;主支管的相贯区域应力分布复杂,在该区域采用加密网格。共60单元473个结点。计算结果内压工况和合成工况TPW-1程序计算结果绘制成应力分布曲线,其中内壁相贯线应力分布。(1)内压工况与合成工况应力峰值相差约11%,峰值点绕支管轴线偏转约90°,可见前者为主要工况。(2)内壁高应力区与外壁低应力区相对应,且两者应力沿支管及主管轴线方向逐渐趋于平稳,即相贯区域的应力集中不会影响到外接管路。


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