中压闪蒸槽筒体平面应变模型的应力分析压力载荷讲解文档格式.docx
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一、概况………………………………………………………………3
1、闪蒸槽简介……………………………………………………………3
2、中压闪蒸槽筒体壁的应力问题分析…………………………………4
二、模型的建立………………………………………………………………4
1、建立几何模型…………………………………………………………4
2、建立有限元模型………………………………………………………5
三、模型加载求解……………………………………………………………6
四、结果分析…………………………………………………………………6
1、位移分析………………………………………………………………6
2、应力分析………………………………………………………………7
五、小结………………………………………………………………………13
六、参考文献…………………………………………………………………14
中压闪蒸槽筒体平面应变模型的应力分析（压力载荷）
一、概况
1、闪蒸槽简介
闪蒸槽是一种重要的节能装置，常用于锅炉排污和过热凝结水的余热回收。
锅炉排污水和过热凝结水沿闪蒸槽切线进入罐内，根据流体两相流和涡流分离理论在罐内扩容后，压力降低，会在罐内产生闪蒸汽，可以引入低压蒸汽管道或通过喷射器加压后引入中压管道，进入用热设备，加热物料，同时聚集在下部的饱和凝结水流入，经疏水阀后流到凝结水回收器或除氧水箱中，从而实现能量和资源的回收利用，具有很高的经济价值。
图1.中压闪蒸槽
2、中压闪蒸槽筒体壁的应力问题分析
在实际生产中闪蒸槽往往要求具备较好的防强酸腐蚀等恶劣条件的功能，该型中压闪蒸槽采用添加陶瓷砖、陶瓷纸和搪铅的方法使其能满足各种生产要求。
因此我们要建立相应模型对闪蒸槽筒体壁应力及应变进行分析，以确定添加隔离层后能否满足强度和变形要求。
对筒体壁，我们忽略各种管道缺口，由于筒体高度大于其他方向上的尺寸，因此可以按照平面应变进行求解。
考虑到以上问题属于静力分析，我们选择技术成熟且功能强大的商业软件ANSYS进行分析。
由于钢壳、搪铅等材料强度非常高，在1.5MPa应力下可能发生的变形非常微小，还有对网格的适应性和提高计算精度，因此我们在二维Plane42、Plane43、Plane182、Plane183中选择Plane183单元类型。
Plane1832维8节点实体。
具有二次位移，适用于模拟不规则网格。
该元素由8个节点定义，每个节点2个自由度，x,y方向。
可用于平面单元也可用于轴对称单元，具有塑性、超弹性、应力强化、大变形、大应变能力。
可用来模拟几乎不能压缩的次弹性材料和完全不能压缩的超弹性材料的变形。
支持初始应力，并提供不同的输出选项。
二、模型建立
1、建立几何模型
（1）六种材料的弹性模量、泊松比以及密度如下表：
编号
1
2
3
4
5
6
材料
钢壳
陶砖
VP788
FQ
陶瓷纸
搪铅
弹性模量
GPa
210
15
16
泊松比
0.3
密度
Kg/m3
7800
2300
1600
1900
2000
11300
表1.各种材料参数
（2）几何模型：
图2.闪蒸槽筒体平面应变几何模型
2、建立有限元模型
图3.闪蒸槽筒体平面应变有限元模型
三、模型加载求解
图4.荷载及约束分布图
四、结果分析
1、位移分析
图5.合位移等值线图
上图结果显示在在柱坐标中，闪蒸槽筒体壁最内层陶砖的位移最大，为0.943mm，外层钢壳的位移最小，为0.881mm，可以说变形是很小的，甚至可以忽略不计，满足工业生产中对筒体壁变形的要求。
2、应力分析
（1）陶砖应力分析
由图6陶砖径向应力云图所示，可知陶砖径向受压，最大压应力在陶砖内侧砖缝处，为1.97MPa，分布较为集中。
最小压应力为0.966MPa分布在两层砖中间的砖缝处。
内层陶砖其他地方压应力1.53MPa左右，外层陶砖拉应力一般为1.19MPa，相比内层陶砖受力较小。
由图7陶砖环向应力云图所示，可知陶砖环向受拉，其内侧拉应力最大，为4.51MPa，其他地方较小，一般为4MPa，最小拉在两层砖中间，为3.94MPa。
对比材料表中陶砖抗拉强度7~8MPa，抗压强度120~150MPa，可知陶砖的应力分布满足强度要求。
图6.陶砖径向应力云图
图7.陶砖环向应力云图
（2）胶泥应力分析
图8.胶泥径向应力云图
图9..胶泥环向应力云图
由图8胶泥的径向应力云图可知，在径向上陶砖砖缝间的胶泥承受拉应力的作用，最大拉应力为0.238MPa，砖层间的胶泥受压，最大压应力为0.161MPa。
由图9胶泥的环向应力云图可知，在环向上胶泥受拉，且砖缝间的拉应力大于砖层间的拉应力，最大拉应力为4.11MPa，最小拉应力为1.24MPa。
根据材料表中参数，VP788和FQ的抗拉强度均为5MPa，大于最大应力，故满足要求。
（3）陶瓷纸应力分析
图10.陶瓷纸径向应力云图
图11.陶瓷纸环向应力云图
由图10陶瓷纸的径向应力云图可知，陶瓷纸径向受压，最大压应力为1.19MPa，最小压应力为0.859MPa；
由图11陶瓷纸环向应力云图可知，陶瓷纸环向受拉，最大拉应力1.34MPa，最小拉应力1.16MPa。
而由常识可知陶瓷纸的的抗拉抗压强度均很高，大于最大应力，故陶瓷纸能满足生产中的强度要求。
（4）搪铅应力分析
图12.搪铅径向应力云图
图13.搪铅环向应力云图
由图12搪铅径向应力云图可知，搪铅径向受压，最大压应力为1.2MPa，最小压应力为0.863MPa；
由图13搪铅环向应力云图可知，搪铅环向受拉，最大拉应力4.69MPa，最小拉应力4.54MPa。
而由常识可知搪铅的的抗拉抗压强度均很高，远大于最大应力，故搪铅也能满足生产中的强度要求。
（5）钢壳应力分析
图14.钢壳径向应力云图
.图图15.钢壳环向应力云图
由图14钢壳径向应力云图可知，钢壳在径向上外侧受拉内侧受压，最大拉应力为0.0134MPa，最大压应力1.16MPa。
而由图15钢壳环向应力云图可知，钢壳环向全部受拉，最大拉应力64.3MPa，最小拉应力62.7MPa，且内侧拉应力大于外侧。
虽然较其他材料环向应力很大，但远小于钢材的抗拉强度，故满足工业生产要求。
（6）整体应力分析
图16.整体径向应力云图
图17.整体环向应力云图
从图16整体径向云图可知，闪蒸槽筒体在径向上外部受拉内部受压，最大拉应力为0.238MPa，最大压应力为1.97MPa，且越靠近内部的材料层所承受的压应力越大。
砖缝间的胶泥承受拉应力，而砖层间的胶泥和砖层与陶瓷纸间的胶泥承受压应力，但胶泥所承受的拉应力非常小，仅0.238MPa。
从图17整体环向云图可知，闪蒸槽在环向上整体受压，且分层十分明显。
外层钢壳上压应力为64.3MPa，而其他层材料上的压应力仅为1.16MPa，远小于钢壳所承受的压应力。
根据材料表所给的各种材料的参数，我们可知所有材料在径向和环向上所承受的应力均小于其强度，故所有材料均能满足要求，该种设计合格。
五、小结
本次有限元论文，巧妙的结合了工程实际，使我们在课程学习中学到的东西得到了实际应用，是对我们学习的一种检验，同时也是一种补充，更重要的是让我们得到了锻炼。
从分析工程实际问题到抽象出平面应变模型，使我们了解到了我们所学东西如何在工程运用。
同在进行分析的过程中我们碰到了各式各样的问题，如单元选择、坐标系运用、结果分析等。
通过查找资料，填补了很多知识盲点，极大补充了我们所掌握的东西，提高了我们自学的能力，锻炼了我们的思维。
六、参考资料：
1.《ansys11.0有限元分析理论与工程应用》张朝晖、李树奎著电子工业出版社
2.《ansys入门（第三版）》康渊、陈新吉著王超辉改编中国电力出版社
3.《ansys10.0有限元分析自学手册》邓凡平著人民邮电出版社
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