经典案例
  • 有限元分析在机械产品设计的应用
  • 汽车转向机构有限元分析与优化
  • 风力发电机主轴结构强度分析
  • 发动机连杆的强度分析与结构优化
  • 车辆传动轴的强度分析与方案改进
  • 摩托车车架的刚度及强度分析
  • 注塑模具机构强度分析及结构优化
  • 变速箱轴键强度校核及结构改进
  • 挖掘机铲斗有限元计算和强度分析

钛波槽冷却管的疲劳及静载有限元分析

发布于:2018-04-17 21:42
有限元分析

       钛合金材料与目前广泛应用的B30冷却管材相比具有重量轻、强度大、耐海水腐蚀能力强等许多优良特性。我国秦山核电站、上海金山热电厂及浙江镇海电厂等沿海电站的冷凝器采用钛冷却管后均取得了预期效果。近期开发出一种TA2材料制作的双侧强化换热管-波槽管。实验结果表明,其强化换热效果显著。然而由于波槽管是滚轧成型,故存在应力集中的影响。本研究在钛波槽管力学参数测试的基础上,对其疲劳强度和静载强度进行了有限元分析计算。
       波槽管结构如图所示,外径D为16mm,组合结构参数为波槽管的槽深,P为节距,d为管子内径。对钛光滑管和钛波槽管进行了拉伸和疲劳对比试验,结果如表所示。表中,ab为强度极限,对称疲劳极限。
图是冷凝器冷却管的简图。为简化计算,取管板与第一支承板之间的AB管段和两块支承板之间的EF管段作为研究对象。通常,把管板和支承板之间的管子近似地看成一端固定、一端简支的单跨梁。把两块支承板之间的管子近似地看成单跨的简支梁。所以,其计算模型可简化为受横向均布载荷的两段横梁。许用跨距可由文献提供的经验公式计算。式中,L为冷却管许用跨距。为音速条件下与蒸汽压力有关的基本跨距,管径、壁厚及冷凝器压力有关的修正系数;k2为孔桥修正系数;L1为冷却管的端跨距,Lm为冷却管的中间跨距,M0钛光滑管的外径为16mm、壁厚0.75mm,假设孔桥b=10mm、冷凝器压力P=15kPa。由文献的有关表格可得:k1=0.815,k2=1.203,k3=0.987。将这些数据代入式,可求得:L=0.541m,L1=0.638m,Lm=0.568m。假设钛波槽管的端跨距与中间跨距的取值与光滑管相同,则应取许用跨距L=0.541,mo=3.1.2。国内常用经验公式目前,在国内冷凝器设计中,经常用来确定冷却管最大许用跨距的公式有J.F.Sebald公式、R.L.Coit公式和C.C.Peake修正公式。
       由上述两种计算方法,一共求出了4个最大许用跨距,在强度分析时考虑到安全,取最大值0.959m。工程上冷却管的失效大多是由疲劳破坏引起的,且疲劳破坏发生在弯曲应力的最大点。图所示是一典型的超静定问题,它的最大弯矩分布在端部A处,其大小为图所示是一个简支梁问题,很显然最大弯矩分布在EF段的中间处,其值与式相同。通过上面的分析得出,危险截面在管板与管子的接口处和两块支承板间管段的中间处。钛波槽管上作用的均布载荷g由3部分构成。它们分别是管子的自重集度g1、管内水重集度g2和横向汽流载荷集度gs。通过简单计算有:g1=1.587N/m,g2=1.658N/m,由下式计算管的投影面积(即为外径)。由于两个危险截面上的弯矩相等,所以冷却管受应力循环时两个危险截面上的最大工作弯曲应力amax、和最小工作弯曲应力amin。由于测定持久极限的疲劳试验是对具体构件进行的,应力集中、表面光洁度、尺寸等因素的影响已在测得中体现,可见冷凝器正常运行时钛波槽管能满足疲劳强度条件。
       上一节计算得到的钛波槽管危险截面上的最大弯曲应力并不是真实的应力值,只是把波槽管当量成光滑管处理。这样做显然忽略了波纹槽处的应力集中,尤其是最大应力要比真实情况小得多,所以需要对其进行数值计算。对钛波槽管进行静载强度分析时,除了考虑上述的非对称循环载荷外,还有一个不可忽视的因素:冷凝器在正常运行时,在壳侧与管侧存在一定的温度差,可导致波槽管内产生很大的热应力。冷却管受横向载荷作用下在管子横截面上的应力线性分布,最大弯曲应力amax为11.85MPa,最小弯曲应力为零。由于管板与管子的接口处管段为光滑管,没有应力集中,不必进行数值计算。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
                                                                                                                                                      杭州小鱼儿科技有限企业
                                                                              本文出自杭州小鱼儿科技有限企业www.nataid.com,转载请注明出处和相关链接!
tag标签:
------分隔线----------------------------
------分隔线----------------------------
XML 地图 | Sitemap 地图