过程装备特殊零部件应力分析(过程装备与控制工程丛书)
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品牌: 刘敏珊
基本信息·出版社：化学工业出版社
·页码：257 页
·出版日期：2009年09月
·ISBN：9787122059895
·条形码：9787122059895
·包装版本：第1版
·装帧：平装
·开本：16
·正文语种：中文
·丛书名：过程装备与控制工程丛书
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内容简介《过程装备特殊零部件应力分析》阐述了过程装备特殊零部件的应力分析理论和工程应用方法，介绍了过程装备特殊零部件相关的应力分析、热应力分析、热力耦合分析、高温强度分析、概率可靠性设计等多个工程分析设计人员所关注的问题。全书概念清晰，简明易懂。为便于读者理解和掌握这些方法，书中收集了大量的工程应用设计计算公式、曲线图表以及适用参考数据，重点分析讨论了许多典型的工程实例。提供了应用ANSYS程序对过程装备特殊零部件进行有限元分析的命令流源程序。针对特殊零部件应力数值分析方法还详细地介绍了有限单元法的基本原理和应用。书中还利用一章介绍了电测应力分析方法和相关测试装置测量过程装备特殊零部件模拟工作应力状态的相关技术。
《过程装备特殊零部件应力分析》是一本过程工业装备中设备及结构应力分析和计算的实用参考书。它介绍的是特殊零部件强度与可靠性计算的工程方法。其内容包括：特殊管板应力分析，组合结构应力分析，密封焊元件应力分析，塔设备变径段、 氨合成塔内件、特殊法兰等特种零部件的应力分析，纵流壳程换热器H型结构分析，换热器零部件可靠性分析，管壳式换热器典型元件强度计算数值方法，模态法确定多孔板有效弹性常数技术与应用和概率设计技术原理等专题。
《过程装备特殊零部件应力分析》可供从事过程装备、机械零件、设备及结构设计的工程技术人员和高等学校过程设备及控制工程、动力工程、热能工程、机械工程等相关专业的教师、研究生、本科生使用和参考。对从事过程装备材料和结构相关标准规范的理论和应用研究的人员也有参考价值。
编辑推荐《过程装备特殊零部件应力分析》：过程装备与控制工程丛书
目录
1 绪论1
1.1 概述1
1.2 过程装备特殊零部件1
2 特殊管板应力分析3
2.1 引言3
2.2 管板应力分析概述3
2.2.1 管板和圆平板的主要区别3
2.2.2 影响管板强度和刚度的主要因素4
2.2.3 管板计算方法的主要假设4
2.3 管板应力分析4
2.3.1 管板强度分析的理论依据4
2.3.2 管板当作弹性基础上的圆平板计算5
2.3.3 管板强度计算公式10
2.4 高低温管板热应力分析14
2.4.1 高低温管板的概念14
2.4.2 高低温管板中的热应力15
2.4.3 高低温管板热应力分析的有限单元法16
2.5 高低温管板应力分析的有限单元法24
2.5.1 引言24
2.5.2 位移模式和形函数24
2.5.3 几何关系25
2.5.4 单元刚度矩阵的形成及程序实现27
2.5.5 单元载荷阵28
2.5.6 总体平衡方程组的求解29
2.5.7 应力计算30
2.5.8 高低温管板应力计算结果分析31
2.6 高低温管板应力分析的工程设计公式33
2.6.1 引言33
2.6.2 直径与高、低温管板应力影响系数的关系33
2.6.3 过渡段厚度变化对高、低温管板的应力影响系数34
2.6.4 过渡段厚度对过渡段的应力影响系数35
2.6.5 几点结论35
2.6.6 工程公式36
2.6.7 计算实例37
2.6.8 高低温管板有限元分析37
3 组合结构应力分析44
3.1 组合结构应力分析概述44
3.2 组合结构应力分析的解析法44
3.2.1 位移分析44
3.2.2 约束反力52
3.2.3 内力分析55
3.2.4 应力分析58
3.3 组合结构的热应力分析61
3.3.1 求环板与内外筒连接处的约束反力61
3.3.2 热应力65
3.4 组合结构应力分析的有限单元法66
3.4.1 单元类型的选择66
3.4.2 截锥型旋转壳单元基本理论67
3.4.3 结论78
3.4.4 建议78
4 密封焊元件应力分析80
4.1 概述80
4.1.1 密封研究现状80
4.1.2 高温法兰密封简介80
4.1.3 焊接密封简介81
4.1.4 焊接密封研究现状81
4.2 圆形空腔式密封焊元件的有限元分析81
4.2.1 力学模型建立81
4.2.2 约束情况82
4.2.3 载荷情况82
4.2.4 单元选择82
4.2.5 网格划分82
4.2.6 力学基本方程83
4.2.7 有限元位移模式83
4.2.8 单元平衡方程84
4.2.9 单元刚度矩阵的形成85
4.2.10 整体刚度矩阵的形成86
4.2.11 整体刚度矩阵的贮存86
4.2.12 单元节点力向量的移置87
4.2.13 单元内应力88
4.2.14 主应力求解88
4.3 应力分析的程序实现88
4.3.1 前处理程序QCL88
4.3.2 应力分析程序的功能与框图88
4.3.3 后处理程序的功能和框图89
4.4 结果分析89
4.4.1 结构在受内压时产生的内应力89
4.4.2 结构尺寸对应力的影响分析90
4.4.3 回归结果93
4.4.4 设计方法93
4.5 圆形空腔式密封焊元件应力有限元分析94
5 特种零部件应力分析97
5.1 塔设备变径段的应力分析97
5.1.1 引言97
5.1.2 理论分析97
5.1.3 工程应用103
5.1.4 结论104
5.1.5 ANSYS参数化建模及求解程序105
5.2 氨合成塔内件强度分析108
5.2.1 引言108
5.2.2 催化剂筐底板强度分析108
5.2.3 分气盒上盖板有限元分析117
5.2.4 带中心管换热器管板强度计算120
5.3 特殊法兰应力分析121
5.3.1 概述121
5.3.2 问题的提出121
5.3.3 建模与分析121
5.3.4 讨论123
6 实验应力分析124
6.1 引言124
6.2 高、低温管板的实验应力分析124
6.2.1 实验装置设计124
6.2.2 应变测量125
6.3 组合结构实验应力分析126
6.3.1 实验装置126
6.3.2 模型设计126
6.3.3 实验装置的制造与安装127
6.3.4 常温应变测量128
6.3.5 热应力测量129
6.4 圆形空腔式密封焊元件的实验研究130
6.4.1 实验装置设计130
6.4.2 应变测量131
6.4.3 实验结果与分析131
7 纵流壳程换热器H型结构分析133
7.1 引言133
7.2 数值模拟理论概况134
7.2.1 环板强度计算理论分析134
7.2.2 换热器H型结构理论模型分析136
7.3 H型结构数值模拟及结果分析138
7.3.1 模型建立138
7.3.2 网格划分140
7.3.3 工艺参数准备141
7.3.4 换热器温度载荷确定142
7.3.5 热应力模拟过程145
7.3.6 应力分析结果适用性分析146
7.3.7 冷端、热端对换热器强度性能的影响148
7.4 数值模拟结果综合分析149
7.5 主要结论与讨论153
7.6 换热器结构CAD/CAE二次开发155
8 换热器零部件可靠性分析158
8.1 机械可靠性设计基本原理158
8.1.1 概述158
8.1.2 可靠性简介159
8.1.3 失效概率计算159
8.1.4 概率设计160
8.1.5 概率设计技术166
8.1.6 概率分析结果后处理169
8.1.7 概率设计分析示例170
8.1.8 构件概率设计示例——换热器法兰连接螺栓可靠性174
8.1.9 构件概率设计示例——换热器壳体可靠性178
8.1.10 构件概率设计示例——带裂纹换热器承压壳体剩余寿命预估182
8.1.11 构件概率设计示例——新型纵流换热器组合结构可靠性评定185
8.2 关于螺栓应力数值模拟技巧——预紧力196
8.2.1 应用预紧功能到单体剖分的紧固件196
8.2.2 应用预紧功能到双体剖分的紧固件197
8.2.3 螺栓预紧分析示例197
8.3 蠕变引起的张紧螺栓应力弛豫效应模拟技巧199
9 管壳式换热器典型元件强度计算数值方法202
9.1 ANSYS分析功能简介202
9.2 ANSYS在管壳式换热器壳体件设计中的应用207
9.3 换热器结构可靠性分析215
9.4 换热器中的接触分析问题226
9.5 基于ANSYS分析的换热器零部件结构优化设计229
10 模态法确定多孔板有效弹性常数技术与应用238
10.1 引言238
10.2 模态法确定多孔板有效弹性常数理论模型239
10.3 模态法确定有效弹性常数数值模型241
10.4 模态法确定多孔板有效弹性常数技术评价与应用243
10.5 讨论249
参考文献250
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序言过程工业与化工、炼油、动力、冶金、航空、航天、轻工、制药、食品、环保等工业领域紧密关联。过程装备是过程工业中装置的主体，而压力容器是过程装备构成的基础。压力容器一般是由壳体、封头、法兰等基本零部件及管板等内部构件组成。随着当今世界科学技术的迅猛发展，压力容器技术也在不断创新。压力容器及其零部件的尺寸越来越大，操作压力和对零部件强度的要求亦越来越高，结构和形状也更趋复杂。因此，压力容器零部件的应力分析关系到压力容器运行安全可靠性和使用寿命问题。
有关压力容器的应力分析与强度设计，先后已出版了许多相关的书籍。因此，压力容器常规零部件的强度分析本书不再赘述，而仅对作者在多年的科研工作中所从事的某些与压力容器强度相关的特殊零部件的应力分析进行了探讨，给读者提供在其他参考书中没有涉及的解决特殊零部件应力分析的方法和工程应用公式。这是本书的一个重要特色。
本书内容主要是讨论过程装备中一些既典型又特殊的零部件应力分析技术及其应用方法。顾名思义，它并不是设计手册类的书籍。设计和应力分析具有不同的范畴。毫无疑问，设计规范、标准和设计过程要应用应力分析技术和相关成果，但设计过程还包含许多其他诸如可制造性、经济性、服役安全性、应用行业差别等问题。应力分析本身则更专业、更具体一些。本书采取理论解析、有限元分析并结合试验测试等方法讨论解决过程装备中的应力分析问题。这也是本书的一个特色。
本书阐述了特种管板、组合结构、Ω密封环、高颈法兰、变径段、合成塔有关内件、纵流壳程换热器中特殊结构件等特殊零部件的应力分析的方法，并介绍了相应的实验装置和实验方法，此外还介绍了强度可靠性分析技术及其在过程装备特殊零部件中的应用。上述零部件强度分析结果，均已在工程中应用，并取得了满意的效果。本书有极强的工程背景，其科学理论与工程实践紧密结合是本书另一鲜明的特色。
文摘插图：
2特殊管板应力分析
2.1 引言
换热器是一种广泛使用的过程装备，在炼油、化工、动力、冶金、轻工等工业部门中是主要的工艺设备之一。因此，换热器的研究备受重视，从换热器的设计、制造、结构改进到传热机理的试验研究一直都在进行。而管板是这一类设备的重要零部件之一。由于管板上开有众多的不连续通孔，因而其应力分布、强度问题十分复杂，至今仍未找到一种既简单又准确的设计方法。通常，工程设计人员在对管板进行分析计算时，都是按照换热器和压力容器规范——如美国的规范TEMA、前苏联的规范PTM、英国的规范BS5500、法国的规范COAP等所提供的公式图表进行的。但对于组合管板目前尚无相应规范解决其强度计算问题，理论和实验上的文献资料也很匮乏。本章重点介绍组合管板的应力分析方法。
2．2管板应力分析概述
管板是管壳式换热器的主要零部件。在进行管板强度计算时，一般将其看成类似周边支承的圆平板。显然管板要比平板复杂得多，影响其强度的因素很多，精确地进行管板应力分析是比较困难的。现行国际上各国所采用的管板强度计算公式，都是进行了适当的简化，并在一系列条件下得出来的。
