应用SolidWorks进行U型管式换热器管板的应力分析

    换热器是石油、化工、动力、钢铁、食品、发电及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要的地位。管板是管壳式换热器最重要也是最复杂和造价最高的零部件之一。它是用来排布换热管，将管程和壳程的流体分隔开来，避免冷、热流体混合，并同时受管程、壳程压力和温度作用的部件。管壳式换热器在工程实际中被广泛应用，大量文献报道，管板在工程应用中是易发生事故的部件。管板的合理设计对于正确选用和节约材料、减少加工制造的困难、降低成本和确保安全使用都具有重要意义。

    在换热器的有关国家标准中，管板设计的传统方法一般是先选择一种型式，得出管板的计算厚度，再加上厚度附加量，向上圆整得出管板的名义厚度，最终确定管板的尺寸。然而，传统方法对换热器管板所受应力情况的分析，误差太大。本文从有限元角度出发，运用Simulation有限元分析模块和三维建模软件相结合的方法可以较为准确地分析计算U型管式换热器管板的温度场和应力场。

1 Simulation简介

    Simulation是的一个分析模块，是强大的有限元分析软件。Simulation能对用建立的实体模型进行应力与变形、热力、振动频率、电磁性能、流体、动力等多项工程分析，进行优化设计和非线性分析，缩短设计所需的时间，提高设计质量和降低成本。

    Simulation完全集成于中，为设计工程师在的环境下，提供比较完整的分析手段。模型和分析的结果在中共享一个数据库，这意味着设计与分析数据将没有繁琐的双向转换操作，分析也因而与计量单位无关。在几何模型上，可以直接定义载荷和边界条件，设计的数据库也会相应地自动更新。计算结果也可以直观地显示在精确的设计模型上。这样的环境操作简单、节省时间，且硬盘空间资源要求很小，是目前广为应用的快速有限元软件。

2 基本分析过程

    2.1 管板的设计条件

    本文选用一种U型管式换热器的管板为研究对象，设计条件见表1。

表1 设计条件

    2.2 应用Simulation进行应力分析的主要过程

    (1)建立有限元模型：确定研究名称、分析类型和网格类型。分析类型有静态（线性）、频率、扭曲、热力、优化、非线性等。分析类型，对换热器来说，变形较小，符合静态研究的假设条件。网格类型有实体网格和曲面网格，曲面网格适用于大型薄壳模型。