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力学模型错了,还做什么应力分析优化设计

时间:2021-08-10 来源:欧标美标压力容器设计 浏览:
最近看到2篇换热器采用应力分析设计方法进行优化设计的论文,里面的计算力学模型有明显的错误,写个小文章说说里面的问题。
1. U形管式换热器管板优化设计
第1篇是关于U形管式换热器管板优化设计的,当我看到论文题目时感觉很疑惑,U形管式换热器夹持管板你还能做优化设计啊?管板首先按照GB/T151校核,确定厚度,然后采用有限元做优化设计?花了一点时间看了一下,发现以下问题:
(1)换热器只是用于氨气冷却处理,换热管选了铜合金,其余材料是碳钢的,这种情况很少见。
(2)有限元模型里面载荷施加跟描述不一致,描述也不够详细。载荷施加截图里面2.2MPa是管壳程压力,11MPa推测是垫片压力,有个固支约束J推测是加到管板或者换热管上了。
 

法兰通过垫片传递了垫片力给管板,并限制管板位移,接触被忽略了,模型里面有法兰还有必要吗。

筒体和换热管端部不应该加端部封闭效应产生的拉力推力吗?管壳程压力同时作用时正好是2.2MPa,貌似没加。
(3) 屈服强度/2确定材料许用应力,也不知道依据是啥,难道不应该是查GB/T150.2吗。

(4)一个U形管式换热器有必要做热应力分析吗?壳体外壁施加空气对流换热器系数?换热器不保温?

(5)管程压力单独作用时变形有点奇怪啊,为什么最大应力在边缘,不是应该在中心吗?

壳程压力单独作用时变形也有点奇怪啊,最大应力在边缘,不是应该在中心吗?

(6)经过此文的优化管板厚度57mm降低到35mm。GB/T151这么保守吗?

(7)管板什么时候需要考虑屈曲失稳???

(8)厚度减薄热机耦合下应力是降低了,机械载荷单独作用下就不管了?

(9)对此文的总结:选材不合理,计算力学模型错误,结论没有参考价值。换热管端部拉力推力没有考虑是明确的错误,另外可能在管板上加了固支约束,管板上的力应该是静力不平衡的。
2. 固定管板换热器优化设计
(1)注意设备公称直径为1000 mm,换热管规格为Ф25 mm×2 mm。

(2)注意设计温度信息。

(3)注意位移约束边界。这边文章参考文献[13],基于ANSYS的固定管板换热器有限元分析),里面模型简化和边界条件讲的清清楚楚明明白白,问什么不参考呢。

(4)环境温度20,设备没有保温?170/190不是管壳程的设计温度,拿来做金属壁温算热膨胀?没这么做的吧。

(5)管箱法兰与管板整体连接???跟实际不符吧。设备半径500,换热管和筒体长度都不够实际长度的1/2,不知道怎么想的,不是对称模型吗?网格画的就不说了

6)看着计算结果,没觉得不对劲?螺栓力和垫片支反力加一下就好了,干吗把管箱法兰带进来。

 

和孙工交流了一下上面两篇论文一篇是研究生的学位论文,一篇是大学教授的论文。两篇论文的作者严格上说都不是压力容器从业人员。但我想说的是即使是压力容器行业的分析人员,有些甚至是拿着分析设计审核证的人上面某些问题也有(例如建个法兰还是粘在一起的,不清楚是装逼给业主看的还是常规设计都没搞明白)。

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