加氢反应器及塔设备裙座支撑区应力分析与结构优化

摘要

以一台在用加氢反应器为例,利用ANSYS5.6有限元软件,对裙座支撑区进行了机械应力分析和稳态温度场分析,在稳态温度场分析的基础上进行了热应力分析、机械应力加热应力分析,并进行了应力评定.利用ANSYS的参数化编程语言(APDL语言)及其优化模块建立了参数化模型,编制优化计算文件,利用基于分析设计的准等强度原则对裙座支撑区的h型锻件及封头内径进行了优化计算,材料消耗可降低约16﹪,实现了有限元数值计算技术与优化技术相结合的一体化设计.借助三角形单元,以内压厚壁圆筒为例,分析了网格密度、边长比、厚度方向剖分数等对有限元计算精度的影响,并讨论了网格密度、计算精度以及CPU时间的关系.利用ANSYS5.6有限元软件,分析讨论了裙座支撑位置对塔体封头裙座支撑区应力状况的影响,对裙座支撑位置进行了优化计算,并对HG20652-1998《塔器设计技术规定》中有关裙座支撑位置的规定进行了讨论.

目录

文摘

英文文摘

符号说明

第一章绪论

§1-1加氢反应器发展现状

1-1-1加氢反应器的工作环境及结构

1-1-2加氢反应器的国产化

§1-2加氢反应器设计中出现的问题

§1-3低压塔设备裙座支撑区设计中的一个问题

§1-4应力分析方法

§1-5研究内容及其意义

第二章有限元计算精度的影响因素分析

§2-1计算模型的建立

§2-2计算结果

2-2-1网格密度、CPU时间、误差三者间的关系

2-2-2边长比与计算误差的关系

§2-3 小结

第三章加氢反应器裙座支撑区应力分析与结构优化

§3-1加氢反应器裙座支撑区原设计结构应力分析与评定

3-1-1原设计参数及裙座支撑区结构尺寸

3-1-2机械应力分析

3-1-3热应力分析

3-1-4机械应力与热应力分析

3-1-5应力评定

§3-2优化设计

3-2-1加氢反应器下封头内径的优化

3-2-2支撑区优化

§3-3原设计与优化后设计比较

§3-4小结

第四章加氢反应器封头内径的确定

§4-1加氢反应器上封头与筒体连接结构经验设计方法

§4-2加氢反应器上封头与简体连接区应力分析

4-2-1有限元计算模型

4-2-2计算结果与分析

§4-3加氢反应器封头内径确定及上封头与简体连接区优化

4-3-1数学模型

4-3-2优化分析

§4-4小结

第五章低压塔设备裙座支撑区支撑位置优化计算

§5-1裙座支撑区支撑位置优化模型的建立

§5-2有限元计算结果及分析

§5-3 小结

第六章结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的相关成果