X型换热器端盖应力及疲劳寿命分析

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换热器是工程生产中广泛应用的设备,而换热器端盖是换热器的重要组成部分。在工作过程中,换热器端盖要承受工作介质产生的内压,相关配套部件的压载作用,导致各部件连接处因膨胀和收缩不协调。另外各部件的材料属性不同,工作过程中要承受较大的温度梯度,因为会出现应力集中现象。在上述因素的同时作用下,长时间的疲劳损害会严重的影响换热器的使用安全和寿命。本文以X型换热器为研究对象,运用ANSYS软件对换热器端盖在热负荷和机械负荷耦合作用的应力进行分析,根据ASME VII-2校核其强度是否满足要求。最后基于疲劳分析理论,利用ANSYS软件对换热器端盖进行疲劳寿命分析。  本文的主要研究工作包括:  第一,对换热器端盖建模,采用ANSYS软件对有限元模型进行温度场分析,得到换热器端盖模型的温度场分布规律。  第二,采用间接法对四种不同工况分别进行热固耦合分析,根据应力云图,找出应力强度最大值。选择最大应力点、危险截面、裂纹易发生处等沿厚度方向选取路径,对路径进行线性化处理,计算相应的应力强度变化曲线图,并依据ASME VII-2对其安全性进行评定。  第三,将X型换热器端盖在热负荷和机械负荷共同加载情况下得到的耦合应力结果导入ANSYS软件中进行疲劳计算,在计算过程中按实际工况下的换热器的参数设定和通过查阅资料得到的换热器端盖材料的S-N曲线对其进行设置,得到X型换热器在四种不同工况下的疲劳分析结果,并对得到的结果进行分析评定。  对X型换热器端盖在四种不同工况下的应力分析结果分析中可以看出,四种不同工况条件下换热器端盖的应力强度均是符合要求的。最终的疲劳分析结果可以看出:四种不同工况换热器端盖的疲劳寿命满足设计要求。
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