過程裝備特殊零部件應(yīng)力分析

前言

過程工業(yè)與化工、煉油、動力、冶金、航空、航天、輕工、制藥、食品、環(huán)保等工業(yè)領(lǐng)域緊密關(guān)聯(lián)。過程裝備是過程工業(yè)中裝置的主體，而壓力容器是過程裝備構(gòu)成的基礎(chǔ)。壓力容器一般是由殼體、封頭、法蘭等基本零部件及管板等內(nèi)部構(gòu)件組成。隨著當(dāng)今世界科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，壓力容器技術(shù)也在不斷創(chuàng)新。壓力容器及其零部件的尺寸越來越大，操作壓力和對零部件強(qiáng)度的要求亦越來越高，結(jié)構(gòu)和形狀也更趨復(fù)雜。因此，壓力容器零部件的應(yīng)力分析關(guān)系到壓力容器運(yùn)行安全可靠性和使用壽命問題。 有關(guān)壓力容器的應(yīng)力分析與強(qiáng)度設(shè)計(jì)，先后已出版了許多相關(guān)的書籍。因此，壓力容器常規(guī)零部件的強(qiáng)度分析本書不再贅述，而僅對作者在多年的科研工作中所從事的某些與壓力容器強(qiáng)度相關(guān)的特殊零部件的應(yīng)力分析進(jìn)行了探討，給讀者提供在其他參考書中沒有涉及的解決特殊零部件應(yīng)力分析的方法和工程應(yīng)用公式。這是本書的一個(gè)重要特色。 本書內(nèi)容主要是討論過程裝備中一些既典型又特殊的零部件應(yīng)力分析技術(shù)及其應(yīng)用方法。顧名思義，它并不是設(shè)計(jì)手冊類的書籍。設(shè)計(jì)和應(yīng)力分析具有不同的范疇。毫無疑問，設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)過程要應(yīng)用應(yīng)力分析技術(shù)和相關(guān)成果，但設(shè)計(jì)過程還包含許多其他諸如可制造性、經(jīng)濟(jì)性、服役安全性、應(yīng)用行業(yè)差別等問題。應(yīng)力分析本身則更專業(yè)、更具體一些。本書采取理論解析、有限元分析并結(jié)合試驗(yàn)測試等方法討論解決過程裝備中的應(yīng)力分析問題。這也是本書的一個(gè)特色。 本書闡述了特種管板、組合結(jié)構(gòu)、Ω密封環(huán)、高頸法蘭、變徑段、合成塔有關(guān)內(nèi)件、縱流殼程換熱器中特殊結(jié)構(gòu)件等特殊零部件的應(yīng)力分析的方法，并介紹了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法，此外還介紹了強(qiáng)度可靠性分析技術(shù)及其在過程裝備特殊零部件中的應(yīng)用。上述零部件強(qiáng)度分析結(jié)果，均已在工程中應(yīng)用，并取得了滿意的效果。本書有極強(qiáng)的工程背景，其科學(xué)理論與工程實(shí)踐緊密結(jié)合是本書另一鮮明的特色。

內(nèi)容概要

本書闡述了過程裝備特殊零部件的應(yīng)力分析理論和工程應(yīng)用方法，介紹了過程裝備特殊零部件相關(guān)的應(yīng)力分析、熱應(yīng)力分析、熱?力耦合分析、高溫強(qiáng)度分析、概率可靠性設(shè)計(jì)等多個(gè)工程分析設(shè)計(jì)人員所關(guān)注的問題。全書概念清晰，簡明易懂。為便于讀者理解和掌握這些方法，書中收集了大量的工程應(yīng)用設(shè)計(jì)計(jì)算公式、曲線圖表以及適用參考數(shù)據(jù)，重點(diǎn)分析討論了許多典型的工程實(shí)例。提供了應(yīng)用ANSYS程序?qū)^程裝備特殊零部件進(jìn)行有限元分析的命令流源程序。針對特殊零部件應(yīng)力數(shù)值分析方法還詳細(xì)地介紹了有限單元法的基本原理和應(yīng)用。書中還利用一章介紹了電測應(yīng)力分析方法和相關(guān)測試裝置測量過程裝備特殊零部件模擬工作應(yīng)力狀態(tài)的相關(guān)技術(shù)。     本書是一本過程工業(yè)裝備中設(shè)備及結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析和計(jì)算的實(shí)用參考書。它介紹的是特殊零部件強(qiáng)度與可靠性計(jì)算的工程方法。其內(nèi)容包括：特殊管板應(yīng)力分析，組合結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析，密封焊元件應(yīng)力分析，塔設(shè)備變徑段、 氨合成塔內(nèi)件、特殊法蘭等特種零部件的應(yīng)力分析，縱流殼程換熱器H型結(jié)構(gòu)分析，換熱器零部件可靠性分析，管殼式換熱器典型元件強(qiáng)度計(jì)算數(shù)值方法，模態(tài)法確定多孔板有效彈性常數(shù)技術(shù)與應(yīng)用和概率設(shè)計(jì)技術(shù)原理等專題。     本書可供從事過程裝備、機(jī)械零件、設(shè)備及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員和高等學(xué)校過程設(shè)備及控制工程、動力工程、熱能工程、機(jī)械工程等相關(guān)專業(yè)的教師、研究生、本科生使用和參考。對從事過程裝備材料和結(jié)構(gòu)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的理論和應(yīng)用研究的人員也有參考價(jià)值。

書籍目錄

1　緒論 　1.1　概述 　1.2　過程裝備特殊零部件 2　特殊管板應(yīng)力分析 　2.1　引言 　2.2　管板應(yīng)力分析概述 　　2.2.1　管板和圓平板的主要區(qū)別  　　2.2.2　影響管板強(qiáng)度和剛度的主要因素 　　2.2.3　管板計(jì)算方法的主要假設(shè) 　2.3　管板應(yīng)力分析 　　2.3.1　管板強(qiáng)度分析的理論依據(jù) 　　2.3.2　管板當(dāng)作彈性基礎(chǔ)上的圓平板計(jì)算 　　2.3.3　管板強(qiáng)度計(jì)算公式 　2.4　高低溫管板熱應(yīng)力分析 　　2.4.1　高低溫管板的概念 　　2.4.2　高低溫管板中的熱應(yīng)力 　　2.4.3　高低溫管板熱應(yīng)力分析的有限單元法 　2.5　高低溫管板應(yīng)力分析的有限單元法 　　2.5.1　引言 　　2.5.2　位移模式和形函數(shù) 　　2.5.3　幾何關(guān)系 　　2.5.4　單元剛度矩陣的形成及程序?qū)崿F(xiàn) 　　2.5.5　單元載荷陣  　　2.5.6　總體平衡方程組的求解 　　2.5.7　應(yīng)力計(jì)算 　　2.5.8　高低溫管板應(yīng)力計(jì)算結(jié)果分析 　2.6　高低溫管板應(yīng)力分析的工程設(shè)計(jì)公式 　　2.6.1　引言 　　2.6.2　直徑與高、低溫管板應(yīng)力影響系數(shù)的關(guān)系 　　2.6.3　過渡段厚度變化對高、低溫管板的應(yīng)力影響系數(shù) 　　2.6.4　過渡段厚度對過渡段的應(yīng)力影響系數(shù) 　　2.6.5　幾點(diǎn)結(jié)論 　　2.6.6　工程公式 　　2.6.7　計(jì)算實(shí)例 　　2.6.8　高低溫管板有限元分析 3　組合結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析 　3.1　組合結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析概述 　3.2　組合結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析的解析法 　　3.2.1　位移分析 　　3.2.2　約束反力 　　3.2.3　內(nèi)力分析 　　3.2.4　應(yīng)力分析 　3.3　組合結(jié)構(gòu)的熱應(yīng)力分析 　　3.3.1　求環(huán)板與內(nèi)外筒連接處的約束反力 　　3.3.2　熱應(yīng)力 　3.4　組合結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析的有限單元法 　　3.4.1　單元類型的選擇 　　3.4.2　截錐型旋轉(zhuǎn)殼單元基本理論 　　3.4.3　結(jié)論 　　3.4.4　建議 4　密封焊元件應(yīng)力分析 　4.1　概述 　　4.1.1　密封研究現(xiàn)狀 　　4.1.2　高溫法蘭密封簡介 　　4.1.3　焊接密封簡介 　　4.1.4　焊接密封研究現(xiàn)狀 　4.2　圓形空腔式密封焊元件的有限元分析 　　4.2.1　力學(xué)模型建立 　　4.2.2　約束情況 　　4.2.3　載荷情況 　　4.2.4　單元選擇 　　4.2.5　網(wǎng)格劃分 　　4.2.6　力學(xué)基本方程 　　4.2.7　有限元位移模式 　　4.2.8　單元平衡方程 　　4.2.9　單元剛度矩陣的形成 　　4.2.10　整體剛度矩陣的形成 　　4.2.11　整體剛度矩陣的貯存 　　4.2.12　單元節(jié)點(diǎn)力向量的移置 　　4.2.13　單元內(nèi)應(yīng)力 　　4.2.14　主應(yīng)力求解 　4.3　應(yīng)力分析的程序?qū)崿F(xiàn) 　　4.3.1　前處理程序QCL 　　4.3.2　應(yīng)力分析程序的功能與框圖 　　4.3.3　后處理程序的功能和框圖 　4.4　結(jié)果分析 　　4.4.1　結(jié)構(gòu)在受內(nèi)壓時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力 　　4.4.2　結(jié)構(gòu)尺寸對應(yīng)力的影響分析 　　4.4.3　回歸結(jié)果 　　4.4.4　設(shè)計(jì)方法 　4.5　圓形空腔式密封焊元件應(yīng)力有限元分析 5　特種零部件應(yīng)力分析 6　實(shí)驗(yàn)應(yīng)力分析 7　縱流殼程換熱器H型結(jié)構(gòu)分析8　換熱器零部件可靠性分析 9　管殼式換熱器典型元件強(qiáng)度計(jì)算數(shù)值方法 10　模態(tài)法確定多孔板有效彈性常數(shù)技術(shù)與應(yīng)用 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：2特殊管板應(yīng)力分析2.1 引言換熱器是一種廣泛使用的過程裝備，在煉油、化工、動力、冶金、輕工等工業(yè)部門中是主要的工藝設(shè)備之一。因此，換熱器的研究備受重視，從換熱器的設(shè)計(jì)、制造、結(jié)構(gòu)改進(jìn)到傳熱機(jī)理的試驗(yàn)研究一直都在進(jìn)行。而管板是這一類設(shè)備的重要零部件之一。由于管板上開有眾多的不連續(xù)通孔，因而其應(yīng)力分布、強(qiáng)度問題十分復(fù)雜，至今仍未找到一種既簡單又準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)方法。通常，工程設(shè)計(jì)人員在對管板進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，都是按照換熱器和壓力容器規(guī)范——如美國的規(guī)范TEMA、前蘇聯(lián)的規(guī)范PTM、英國的規(guī)范BS5500、法國的規(guī)范COAP等所提供的公式圖表進(jìn)行的。但對于組合管板目前尚無相應(yīng)規(guī)范解決其強(qiáng)度計(jì)算問題，理論和實(shí)驗(yàn)上的文獻(xiàn)資料也很匱乏。本章重點(diǎn)介紹組合管板的應(yīng)力分析方法。2．2管板應(yīng)力分析概述管板是管殼式換熱器的主要零部件。在進(jìn)行管板強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，一般將其看成類似周邊支承的圓平板。顯然管板要比平板復(fù)雜得多，影響其強(qiáng)度的因素很多，精確地進(jìn)行管板應(yīng)力分析是比較困難的?，F(xiàn)行國際上各國所采用的管板強(qiáng)度計(jì)算公式，都是進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮喕?，并在一系列條件下得出來的。

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