基于ANSYS的SE-东方炉水冷壁外压失稳特性研究

利用ANSYS有限元软件,对SE-东方炉水冷壁进行了特征值和几何与材料双非线性屈曲分析。根据特征值计算结果,气化炉水冷壁具有类似圆筒壁的特性,可以通过对应的当量壁厚进行失稳计算;不同压力、温度及几何偏差下的非线性计算结果,证明临界失稳压力的主要影响因素为几何偏差,可以通过弹性模量及屈服强度对不同温度下的结果进行关联,得到水冷壁外压临界失稳压力公式。本研究方法亦可用于其他非圆筒截面的外压失稳分析。     

基于薄板小挠度理论计算复合材料矩形薄壁管局部屈曲载荷

提出一种复合材料矩形薄壁管轴压局部屈曲载荷的计算方法。将轴压载荷作用下的复合材料矩形薄壁管的壁板视为单向受压各向异性板,在其平衡微分方程的解中引入弹性嵌固系数,得到了复合材料矩形薄壁管局部屈曲载荷的解析式。与文献中的试验数据和本文的有限元结果进行了对比,验证了计算模型的正确性。通过对4种铺层复合材料矩形薄壁管等效刚度系数进行定量计算分析了计算模型的适用范围。结合复合材料杆件欧拉屈曲载荷的计算公式,得出了综合考虑整体失稳和局部失稳的屈曲载荷的计算公式。研究发现在铺层参数不变时,存在区分发生局部屈曲和欧拉屈曲的临界长宽比。     

基于有限元的四旋翼无人机碳纤维结构优化设计与固有模态分析

根据消费级四旋翼无人机性能要求,设计了一款质量轻、强度高、航时长、构型简洁的全碳纤维结构消费级四旋翼无人机。建立了四旋翼无人机结构有限元模型,对额定载荷下无人机的结构应力进行了分析。基于最大应力强度准则,对无人机结构强度进行了校核。分析了结构的稳定性,计算了初始结构失稳临界载荷和失稳模态。基于最小重量要求对无人机初始结构的碳纤维铺层进行了优化设计。对优化后的结构进行了固有振动分析,给出了结构的前四阶固有频率和振动模态。优化后的结构在2 g过载下,极限载荷是最大使用载荷的2.57倍,失稳临界载荷是最大载荷的2.09倍,满足设计目标和要求。优化后的结构重量减少了21%,降低为108.6 g,有效载荷约为机体结构重量的3倍。     

大型粉煤气化炉及废锅系统整体动力效应分析

大型煤粉气化炉及废热锅炉通过导管连接成一整体,且气化炉底部裙座固定,在废热锅炉侧采用恒力弹簧吊架吊挂支撑,如采用“常规设计”无法进行承压外壳的强度计算。建立了气化炉与废热锅炉系统的整体计算模型,采用应力分析计算方法进行系统整体动力效应计算,确定了各种载荷工况下的系统整体变形、力和力矩,为准确计算各关键部件的强度,保证气化炉和废热锅炉系统整体的安全奠定了基础。     

换热器横向载荷分析与校核

分析了流体横向载荷对管壳式换热器管束的影响 ,对横向载荷作用下管子破坏进行了理论分析 ,并提出了横向载荷作用下管子的校核计算理论和校核方法     

气化炉水冷壁衬里传热数值模拟研究

水冷壁衬里是气化炉安全稳定运行的关键部件.以高温高压气流床气化炉内水冷壁耐火衬里为研究对象,采用数值模拟方法对水冷壁衬里附近的流动与传热进行研究,分析了渣层厚度对壁面导热系数、热通量、各层材料表面的影响.结果表明,气化炉原始开车工况下,壁面平均传热系数高达241W/(m2·K),渣钉表面温度约为1517K,此时渣钉容易...     

大型立式换热器裙座大半锥顶角可靠性研究

大型立式换热器通常采用中间圆锥形裙座支撑,裙座计算不仅要保证强度,也须满足稳定性要求。研究了设备在温差载荷、内压和重力载荷的作用下,半锥顶角变化对裙座受力的影响。采用ANSYS有限元分析软件对4个结构模型进行传热、结构及屈曲分析,对不同半锥顶角下裙座结构的受力情况进行比较与分析,对实际工程设计具有一定的指导意义。     

水冷壁气化炉内熔渣流动特性模型

通过将3D气化炉模型、熔渣一维流动传热模型和颗粒壁面捕捉模型耦合,对工业水煤浆水冷壁气化炉内的熔渣流动特性进行模型研究。重点分析了颗粒壁面行为对气化炉结渣的影响以及氧煤比变化对于渣层厚度的影响,并简要分析了水冷壁气化炉和耐火砖气化炉的差异。研究结果表明:大粒径颗粒易于被壁面捕捉,利于穹顶和直筒段渣层的形成,但不利于碳转化率的提高;小粒径颗粒具有高碳转化率,是下游细灰的主要来源,容易加剧下游受热面和灰黑水系统的负担;水冷壁气化炉内形成的固态渣层是气化炉热阻的主要组成部分,能够起到"以渣抗渣"的作用。     

水冷壁气化炉温度分布及影响因素分析

对气流床水冷壁气化炉炉壁的温度分布及影响因素进行了计算和分析。建立了气流床水冷壁气化炉的三维传热数学模型,运用有限元方法,计算出水冷壁的温度分布,炉壁导热主要通过渣钉完成;探讨了水冷管内工质传热系数、炉内温度、渣钉间距、鳍片厚度、鳍片宽度及熔渣厚度对渣钉、水冷管、鳍片端部和根部等关键部位的最高温度点温度的影响;为了验证热分析的正确性,在实验室的小型气化炉上进行试验,鳍端背火侧温度计算值与实验测量值吻合良好,误差在5%之内;其计算模型和分析结果可为水冷壁气化炉的设计提供相应依据。     

钢丝缠绕增强塑料复合管外压失稳数值模拟

关于钢丝缠绕增强塑料复合管(PSP)外压失稳的试验和理论分别在"钢丝缠绕增强塑料复合管外压失稳试验研究"和"钢丝缠绕增强塑料复合管外压失稳理论分析"中进行了详细的研究。由于失稳分析属于非线性、大变形问题,而对含初始几何缺陷 PSP 的稳定性进行理论计算更为复杂,本文基于大型有限元软件 ANSYS,采用特征值法和非线性法对 PSP 在外压载荷作用下的力学响应进行数值模拟,分别得到复合管的临界失稳压力和失稳模态;基准模型经特征值法分析得到临界失稳压力为0.97 MPa,经非线性法分析得到临界失稳压力为0.83 MPa;分析了边界支持和初始缺陷对复合管外压稳定性的影响,得到临界失稳压力和波纹数随长径比的变化关系。     

薄管板加热储罐设计计算

薄管板加热储罐是采用薄管板技术设计制造的加热储罐,文中简介了薄管板加热储罐结构与设计参数,对薄管板加热储罐罐壁、管板结构强度进行了设计计算,对管子的许用纵向载荷、管子实际纵向载荷、换热管与管板的焊接面接触应力、作用于管子上的轴向应力值进行了校核计算。薄管板加热储罐能节省材料,改善传热效果,安全稳定运行。     

带加强筋自支撑锥顶稳定性分析

对于在外载荷作用下带加强筋自支撑锥顶稳定性问题,以酒精装置中发酵罐锥顶为例,采用有限元方法,先对不带加强筋锥顶进行特征值屈曲分析,求取其失稳模态以采取适当的加强措施,提高结构的抗失稳能力,进而通过静态非线性屈曲分析,确定结构的临界外载荷,使得自支撑锥顶在工程上得到更广泛的应用。     

复合材料开孔平板剪切稳定性研究

本文对复合材料开孔平板试验件进行剪切载荷下的稳定性分析。对厚度为2mm,铺层为16层的开孔平板进行剪切稳定性试验。采用工程算法对复合材料平板的临界屈曲载荷与剪切屈曲应变进行计算，该方法考虑了铺层与边界条件的影响。通过有限元仿真软件建立剪切平板模型，计算模型的屈曲模态，并将模态作为初始缺陷引入模型，通过有限元弧长法计算复合材料平板模型的非线性屈曲载荷及屈曲应变。对于平板模型，工程算法得到的剪切屈曲载荷、屈曲应变与有限元模型计算的结果基本吻合。对于带孔平板模型，利用有限元弧长法仿真得到剪切载荷作用下的应力分布及非线性屈曲载荷，与试验结果对比较好。通过有限元结果与试验、工程算法结果对比，验证了有限元模型的可靠性。基于验证过的有限元模型进行了参数化研究，评估了不同开孔直径对复合材料平板剪切屈曲稳定性的影响。研究结果表明，开孔会导致结构剪切屈曲载荷显著下降，孔边比为0.3时，为临界屈曲载荷最优的结构模型。开孔直径越大，结构的剪切屈曲载荷越小，孔边应变逐渐增大。     

基于ASME Ⅷ-2大开孔接管的极限载荷分析

以在内压与外载荷同时作用下的圆柱壳大开孔接管为例,基于ANSYS软件中APDL语言建立了其有限元模型,采用了ASMEⅧ-2中非弹性分析方法中的极限载荷分析法,对其在不同载荷工况组合和载荷系数下进行了有限元分析,并基于载荷与抗力系数设计方法进行了安全性评定。计算结果表明结构在所有载荷组合工况下均达到收敛,则结构处于稳定。同时也对该结构进行了弹性应力分析和局部失效评定,并与极限载荷分析方法进行了对比。计算结果表明极限载荷分析相对于弹性应力分析节省了约12.2%的材料,但前者方法更加耗时,对计算机要求也较高,设计者需根据材料成本和设计成本综合考虑来选择设计方法。以期为广大工程技术人员进行此类大开孔接管的设计提供有益参考。     

桨叶轴的有限元分析

利用参数化建模，针对桨叶干燥机的桨叶轴分别受到压力载荷、重力载荷、扭矩载荷的作用建立有限元模型，分别对以上载荷作用下轴身结构尺寸不断改变情况所受应力进行研究，提出了在各载荷作用下，轴身结构改变对应力值的影响规律。     

水冷壁气化炉紧急停车渣层热应力分析

基于实验室小型水冷壁气流床气化炉,研究了两种油渣浆气化后在炉内壁形成渣层的内部结构及组成。建立了气化炉水冷壁的三维传热和应力模型,对气化炉紧急停车时炉壁的热应力变化及其分布进行了模拟计算。计算结果表明：渣层中越靠近渣层表面,热应力的变化越大;靠近水冷管和渣钉处的渣层热应力变化相对较小;渣层表面温度变化相同时,孔隙率大的渣层产生的形变较大。     

含凹坑压力管道受轴向弯矩时的极限载荷分析

采用ANSYS有限元分析软件对含外壁凹坑的压力管道受轴向弯矩时的极限载荷进行了研究,建立了压力管道有限元模型,检验了有限元模型的计算结果。研究结果给出了管道结构塑性区扩展过程,分析了凹坑几何尺寸对管道极限载荷值的影响规律,结果表明,有限元模型计算结果与实测值比较吻合。     

水冷壁式气化炉内侧渣钉对气化炉传热的影响

煤气化炉的水冷壁对于维持气化炉在高温高压下安全稳定运行具有重要作用。利用ANSYS软件对水冷壁内侧壁面的温度分布进行模拟,模拟分析了渣层内有渣钉、无渣钉和用等面积肋片代替渣钉三种状况对传热过程的影响,考察了渣钉排布方式对水冷壁传热的影响。结果表明,布置渣钉可有效提高传热效率,及时带走气化炉内多余的热量;采用夹角小、三角形排布的渣钉排布方式传热效率更好,温度分布更均匀。该模拟计算对于水冷壁气化炉的传热结构设计及长周期安全运行具有实际意义。     

水冷壁气化炉变工况温度及热应力分析

在实验室小型水冷壁气化炉上进行变工况气化试验,建立气化炉水冷壁的二维传热和应力模型,对气化炉变工况时水冷壁及渣层中的温度及应力变化进行了模拟计算。模拟结果表明：水冷壁及渣层中的周向应力及径向应力均随温度的升高而增大,而周向应力在数值上相对较大。在渣层 碳化硅层接触面上,随指定点与水冷管及渣钉的距离逐渐增大,等效应力迅速增大后趋于稳定;不同材料中的等效应力差异显著。     

重力式导管架沉箱基础的设计技术研究

本文研究对象是重力式沉箱基础,通过SACS进行静力计算,并采用有限元软件ANSYS建立重力式平台沉箱结构部分的有限元模型,利用静力计算结果分析其在外界荷载作用下力学响应,并利用强度计算结果采用简化疲劳方法对其进行疲劳校核。计算分析结果可以为重力式导管架沉箱基础的设计提供参考。