基于ANSYS换热器非标管板应力评定

王成刚，肖 健，高 兴，刘 慧

（武汉工程大学， 湖北 武汉 430074）

管壳式换热器在化工、石油、电力、冶金、轻工、原子能、航空供热等多个领域有广泛的应用。尤其是在化工与石油方面，占据极其重要的位置。随着生产规模化以及技术现代化，换热器的设计必须满足各种复杂又严峻的环境。近年来，对于各种工艺现场的要求要求，在工程中出现了许多非标管板的管壳式换热器。对于这种非标设计，常规的设计已经不能满足现实工况的需要，故需寻求新的解决方法对非标管板进行分析设计。

近年来，有限元技术的发展非常迅速，特别是一些商用软件水平的不断提高，使得工程设计更加科学合理成为可能。因此本文使用ANSYS有限元分析软件，对非标管板的三维有限元模型，分别在两种工况下进行应力评定与强度校核[1]。

表1 材料主要物理特性参数Table 1 Main physical property parameters of material

1 管板数值模拟

本文所研究管板的材料为 SA-516M485。材料主要物理特性参数如表1所示。

1.1 建立管板有限元模型

为了对管板模型分析更为精确，故采用管板、换热管直接离散的方法进行分析。同时可以对对管束的换热管（导热管）的应力强度进行分析，这样进行分析时，也同时体现换热管管束对管板的支撑作用和管孔对管板的削弱作用。考虑到结构的的不对称性，管板在ANSYS建立模型，选择全模型进行分析。采用SOLID95单元进行分析计算。

在建立管板的有限元实体模型时，采用由下至上的建模方法。划分单元后的实体模型经单元检查，无畸形单元，如图1。……