管壳式换热器是石油化工业中广泛应用的典型工艺设备,管壳式换热器受力非常复杂,正确分析管壳式换热器受力状态,对保证换热器安全运行、节约材料以及对整体换热器的经济性等起到非常重要的作用。综合国内外各类文献资料,平垫自紧密封结构在换热器管板密封中的工程应用实例很少。同时,自紧密封U型管式换热器的整体有限元分析还没有人开展。本文以此契机,对自紧密封U型管式换热器进行了力学行为的研究。本文介绍了管壳式换热器常见的几种结构型式以及U型管式换热器管板的密封类型。对于自紧密封U型管式换热器的管板无法采用传统方法进行设计计算,因此本文应用有限元数值分析方法,对自紧密封U型管式换热器的温度场和应力场进行了研究。由于常见密封结构的计算没有关于平垫自紧密封的计算方法,所以本文进行了平垫自紧密封的相关理论计算,并通过仿真模型的有限元分析验证密封计算式的正确性。自紧密封U型管式换热器的温度场分析部分,介绍了温差应力的产生原因及温度场的分析方法,合理地建立了换热器温度场分析模型,对模型进行了网格划分和加载,求解得到了温度场的分布情况,并对各条路径结果进行了分析与规律总结。研究了自紧密封U型管式换热器上的应力分布情况。根据国标对七种操作工况下管板的应力进行了分析以及强度评定,管板应力强度校核合格。选择了七条路径,研究了管板各路径上的总体应力和局部薄膜应力的分布特点。通过对管板的应力分析,最危险工况及危险部位为自紧密封U型管式换热器的管板与凸台连接处和U型管的弯管处。为自紧密封U型管式换热器的结构设计提供参考。本文对自紧密封U型管式换热器整体建模与局部建模的管板受力进行对比。对模型变化后管板应力的变化情况,以及换热管内、外壁处的应力及其轴向应力的改变。本文全面深入的研究了自紧密封U型管式换热器,分析总结了自紧密封U型管式换热器的力学行为特点,并提供了大量的分析结果,对于该类型换热器的进一步研究具有一定的应用价值。