蜂窝夹套强度参数化有限元分析开题报告

 2021-08-08 02:08

全文总字数:1032字

1. 研究目的与意义

随着工业的发展,对设备的传热性能要求越来越高,普通的整体夹套并不能满足工艺需求。自上世纪九十年代初期出现了一种新型、高效的传热夹套蜂窝夹套起,蜂窝夹套以其优异的传热性能而被广泛用于石油、化工、轻工、食品加工等行业。蜂窝夹套上均匀分布着大量的蜂窝,蜂窝拐角形成了结构不连续,结构比较复杂,应力分析较为困难。现有的强度计算公式比较粗略,精度不高,对于解决工程实际问题有一定的难度。近年来有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视。以ANSYS为代表的有限元分析软件已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途径,广泛应用于一般工业和科学研究。ANSYS是专业有限元分析软件,它对零件进行有限元分析的标准过程主要包括:定义模型,施加载荷,求解分析和结果处理[1],是单项建模,不能作参数化修改,一个模型分析之后便完成使命,即便是相似的模型也必须重新建模。然而影响蜂窝夹套的结构参数有许多,若一个个建模分析,这个过程会变得非常繁杂。

本课题将在蜂窝夹套结构强度分析中采用参数模块化技术,选用VB语言编写接口程序编写一个友好的程序界面,通过对结构参数的简单修改,容易完成有限元分析,提高分析效率。

2. 国内外研究现状分析

夹套是维持有传热要求的设备内反应温度的换热元件。过程设备上采用得最多的夹套型式是整体夹套,这种夹套是在筒体的外面再套上一直径稍大的容器。整体夹套具有结构简单、维修方便、制造成本相对较低的优点。但是随着现代工业发展,对设备的传热性能要求越来越高,普通的整体夹套无法达到工艺需求。蜂窝夹套的出现有效的提高了夹套的传热效率,同时保证容器有足够的强度和刚度。

常见的蜂窝夹套具有两种型式:折边式、拉撑式,主要作用就是在介质供给工况不变的情况下使流体在腔体内流速增加,并且在增加流速的同时,使介质于蜂窝点多次相撞形成局部小涡流。从而使整个腔内介质流动形成紊流,破坏或减薄原来的层流层,使热(冷)交换加速[2],增强传热效果。

蜂窝夹套作为高效的传热夹套应用越来越广泛。但是其受力情况比较复杂,到目前为止还没有形成比较完善的强度计算公式和具体的规定,过去提出的方法有两个:第一种是ASME规范附录17中推荐采用验证性分析方法进行设计。关于这种方法在2001年顾晓华[3]等利用美国机械工程师学会ASME规范进行了有关蜂窝夹套容器强度设计及爆破实验。通过将蜂窝夹套视作一种凹凸板组件,按ASME VIIIl中UGl0l规定爆破试验方法经过计算得出需增厚夹套壳体的壁厚,相对而言此设计方法偏保守,涉及经济指标较低。第二种是根据日本化学工业协会的有关规定,对整体式蜂窝夹套包围的筒体壁厚提出的计算公式,并被原化工部引用为部颁标准(HG/T2056994《机械搅拌设备》),可HG/T2056994所规定的结构尺寸未有准确规定。因而上述两种设计计算方法只能够作为参考,不能直接用于设备的设计计算[4]

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3. 研究的基本内容与计划

研究内容:用数值分析的方法对蜂窝夹套结构强度做出分析。在查阅文献的基础上综述蜂窝夹套应用场合、一般设计方法、受力特点、有限元软件参数化设计的方法和国内外研究进展等。应用ANSYS软件中参数化设计模块,通过编写和VB的接口程序,对蜂窝夹套内部应力进行参数化分析,使专业的有限元分析过程简化为在简单的界面上填写参数,完成计算,提高计算的效率。

时间安排:

1~3周:调研及查阅文献,翻译外文资料写出开题报告;

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4. 研究创新点

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