换热器管子与管板连接过程力学行为的数值分析

摘要

管壳式换热器广泛地应用于石化、能源等工业领域，而换热器中管子与管板的连接接头是制造过程中重要的部位，也是最容易发生失效的部位。因此，对管子与管板连接过程的力学行为研究有着较大的理论研究意义和实际工业应用价值。
　　本文采用数值分析方法研究了304L不锈钢管子与 Q235-B管板之间采用机械胀接、液压胀接及先焊后胀等方法实现连接的过程中，管-板结构的力学行为。得出如下结论：
　　机械胀接过程中，管子与管板接触后每经历一次辊子的碾压等效应力和接触应力都急剧上升和回落，管板的应力值在这样的反复变化下整体逐渐升高，等效应力上升与回落间的差值在逐渐减小，而接触应力上升与回落间的差值在逐渐增大，最终残余接触应力在整个胀接区较均匀地分布。在管板弹性模量190 GPa至220 GPa的范围内，残余接触应力随弹性模量增加而增加。在胀形量0.13125 mm至0.140625 mm范围内，残余接触应力随胀形量的减小而减小。接头的拉脱强度约为20MPa。
　　液压胀接在加载阶段管板接触区的等效应力随着载荷增大线性增加，当管板屈服后等效应力先保持不变，随后再次线性增加，而接触应力则一直近似线性增加。在卸载阶段等效应力先是线性下降，之后经历了二次抛物线形的先降后升，接触应力近似线性减小。
　　管-板接头焊后最大等效应力位于屈服强度更高的焊道及其附近管板区，最大径向应力位于管板一侧，为拉应力，管板处的周向应力是拉应力。在所研究范围内，管板均发生屈服，焊后胀比液压胀在更小的胀接压力下施胀即可得到最大残余接触应力，且先焊后胀所获得的最大平均残余接触应力更大，在相同的胀接压力下，焊后胀接比液压胀接的管板加工硬化程度小，管板回弹好。

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第1章 绪论

1.1课题背景及研究意义

1.2研究现状

1.3主要研究内容

第2章 机械胀接过程的有限元分析

2.1机械胀接三维有限元模型的建立

2.2有限元结果及分析

2.3本章小结

第3章 液压胀接过程的有限元分析

3.1有限元模型的建立

3.2有限元结果及分析

3.3本章小结

第4章 管-板先焊后胀过程的有限元分析

4.1有限元模型的建立

4.2有限元结果及分析

4.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢