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TEMA 9th膨胀节有限元分析设计专用程序介绍

时间：2021-08-10 来源：欧标美标压力容器设计浏览：

做ASME设计项目的工程师都知道，ASME Ⅷ-1没有提供完整的厚壁膨胀节设计方法，通常采用有限元分析设计。早先ASME的换热器设计时按照TEMA进行的，GB/T151的对标标准其实就是TEMA，TEMA 8版仅提供厚壁膨胀节公式设计方法，薄壁膨胀节需要按照EJMA，到07年的第9版，TEMA放弃了原有的公式算法，改为有限元分析设计。ASME Ⅷ-1厚壁膨胀节的规定在强制附录5和UHX-17，只有应力限制要求，没有应力计算方法，薄壁膨胀节的规定在附录26则有完整的一套设计公式。

做设计的都清楚，采用通用有限元软件如ANSYS或者ABAQUS做应力分析的效率比常规公式算法低很多，想提高效率必须要用专用程序，比如国产开孔接管有限元分析软件NSAS分析完可以直接出报告，那么膨胀节有没有专用有限元程序呢？有的，TEMA 9版发布的时候TEMA同时发布了壳体柔性元件有限元分析设计设计程序Flanged and Flued Expansion Joint Evaluation Program，软件是TEMA和PRG合作开发的，界面风格和Nozzle/pro是一样的，傻瓜式操作，画图党最爱。购买只能找TEMA(http://www.tema.org/highlight10.asp，1600美元)，国内无代理，个人纯属技术推荐，几分钟能做好的事情为什么要花几个小时去做呢。最新的是10th的，本文介绍是基于TEMA 9th软件的说明书。这个软件可以计算膨胀节弹性刚度和塑性刚度（塑性刚度仅用于UHX-17）、膨胀节应力分析校核和优化设计。

PRG也有自己的膨胀节有限元分析模块，可以跟PVelite结合使用；膨胀节应力分析膨胀节波峰波谷不能采用UHX-17中的高许用应力，只能按附录5-3，设计载荷工况波峰波谷最大应力限制值1.5S（附录5-3）和3.0S（UHX-17）的差别，按附录5-3很容易出现没有热膨胀的工况控制膨胀节波数，经济性差，让人无语。COMPRESS倒是支持UHX-17，而且是标配，不过COMPRESS在国内普及率不如PVelite。不管是compress还是pvelite+nozzle pro膨胀节分析生成的计算书都不含单元，约束，载荷和应力云图等，只有表格这让人认可就有难度了。下面通过一些截图对软件做简单介绍：

1. 软件有2种单元二维平面单元和线体单元，前者用于正式的分析，后者用于快速分析，比如优化设计。

2. ASME壁厚膨胀节典型的样子如下所示，第3种就是咱们熟悉的壁厚膨胀节了，前两种通常出现在带导流筒的时候。

3. 膨胀节的位移和载荷边界条件，其中的灰色矩形部分只是在求膨胀节刚度的时候用到，应力分析时是没有的。

4. 膨胀节的端部位移是由筒体轴向力/膨胀节刚度得到的，这个是TEMA9版的做法，跟ASME UHX-16，UHX-17不一致的，10版附录A已经更新了膨胀节位移算法。COMPRESS用的是始终是UHX-16，COMPRESS(直接嵌入了Nozzle Pro软件)及PV elite+Nozzle Pro采用的是线单元。