多点约束（MPC）法和换热器整体有限元分析.pdfVIP

多点约束(MPC)法与换热器整体有限元分析 曲晓锐。钱才富 (北京化工大学 机电工程学院，北京 100029) 摘 要：在管壳式换热器中，管板与法兰和壳体与管子间厚度差大，且大型换热器管子根数多。在对 管壳式换热器进行有限元模拟时，如果全部采用实体单元建立整体模型，难度大，计算量大。而管 壳式换热器壳体与管子为板壳结构，采用壳单元能大大减小建模工作量和对计算机硬件的要求。 然而，实体单元与壳单元由于具有不同的自由度，两者不能直接连接。多点约束 (MPC)法是在两 种单元连接处建立约束方程，从而实现节点自由度耦合。对某固定管板式换热器，建立两个有限元 分析模型，一是采用多点约束法，将壳单元和实体单元进行耦合，另一个是全部采用实体单元，并以 管板及壳体中的应力强度为指标，对两个模型进行比较，结果发现，采用多点约束法对管壳式换热 器进行整体模拟分析，既相对简单，又有足够的精度。 关键词：有限元；多点约束；固定管板式换热器；应力强度 中图分类号：TH123；TE965 文献标识码：A 文章编号：1001—4837(2013)02—0054—05 doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2013．02．009 MultipointConstraintM ethodandFiniteElementAnalysis ofW holeHeatEchangers QUXiao—rui，QIANCai—fu (CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，BeijingUniversityofChemicalTechnology，Beijing 100029，China) Abstract：Inashell—and—tubeheatexchanger，thethicknessofthetubesheetandtheflangeisusually muchgreaterthanthatofthecylinderandtubes．Foralargeheatexchangertheremaybethousandsof tubes．Itishardtocarryoutthefiniteelementanalysisbyestablishingthewholemodelwhenusingsolid elementsonly．Ontheotherhand，sincethecylinderandtubesareofthecharacteristicsofshellstructure． itiSeasiertomodelthecylinderandtubeswithshellelements．However．asthenodM freedomsoftheso1． idelementandshellelementare different．they cannotbeconnectedto each otherdirectly．Muhipoint constraint(MPC)methodisanewwaytosolvethisproblembyestablishingconstraintequationsatthe connectingsurfacebetweendifferentelements．Twofiniteelementmodelsareestablishedforafixedshell — and—tubeheatexchanger．OneisusingMPCmethodcouplingshellandsolidelementsandanotheris usingsolidelementsonly．Thetwomodelsarecomparedintermsofstressintensityfactorsatthetubesheet andthecylinder．Resultsshow MPCmethodiseffectiveinthefiniteelementnaalysisforthewholestructure 基金项 目：中国石油化工股份有限公司资助项 目(项 目名称：新型高效换热器研制及应用；合同编号：308036) · 54 · 第30卷第2期 压 力 容 器