第六章 热－结构耦合场有限元分析.ppt

思考题 1. 请叙述求解热－结构耦合场分析的两种有限元求解方法以及 它们之间的区别。 2. 假如使用有限元法求解一个容器结构的热应力，当从高温 1000C下降到200C时，温度载荷怎么施加? 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 充气接管N5附近区域有限元网格图（整体和局部） 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 供气接管N2附近区域有限元网格图（整体和局部） 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 充水接管N13附近区域有限元网格图（整体和局部） 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 （1）设计载荷下的应力结果 充气接管第三强度当量应力分布图 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 供气接管第三强度当量应力分布图（不考虑弯矩） 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 供气接管第三强度当量应力分布图（考虑弯矩） 弯矩施加方法如下： 首先，在接管中心建立一个结点，然后利用此结点建立一个Mass21集中质量单元，所有质量和转动惯量均设置为0；其次，通过建立刚性梁单元将集中质量结点与接管外表面上所有结点实现刚性连接；最后，弯矩施加在中心结点上。 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 充水接管第三强度当量应力分布图 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 （2）疲劳载荷下的应力结果 充气接管考虑热效应时的温度边界条件 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 充水接管考虑热效应时的温度边界条件 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 1. 充气过程结果(子模型1) 充气过程case1交变应力强度幅两倍应力分布图 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 充气过程case2交变应力强度幅两倍应力分布图 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 2. 充水过程结果(子模型3) 充气过程case2中温度场分布图 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 充气过程case2中热应力场分布图 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 充水过程case1交变应力强度幅两倍应力分布图 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 充水过程case2交变应力强度幅两倍应力分布图 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 充水过程case2中温度场分布图 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 充水过程case2中热应力场分布图 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 例4. 锅炉热应力有限元计算 锅炉1 接管部分结构 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 锅炉2 接管部分结构 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 锅炉3 接管部分结构 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 结构尺寸和工作参数 有限元基本假设： 1.假设锅筒接管结构在焊缝处连续、无缺陷，分析时将焊缝和 锅筒接管结构视为同种材料来处理； 2.由于空气的对流热传导系数很小，不考虑锅炉接管结构与外界 空气介质之间的热量传递，只考虑锅筒内部不同温度的水介质 之间的对流传热以及金属材料的热传导和热失配。 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 分析要点： 1. 采用八节点六面体热力耦合场单元SOLID5。 2. 采用直接耦合方法计算温差热应力，其中锅炉接管的 力学性能考虑成弹塑性和各向同性，采用Mises屈服准则 和J2塑性流动准则。 3. 采用锅炉结构1/4来进行有限元建模和轴对称有限元分析。 4. 通过添加金属热传导和热膨胀功能来计算锅炉接管热传导和 热失配对应力结果的影响，而锅炉接管结构内的水介质之间 的对流传热作为边界条件来处理。 5. 有限元分析运用并行计算。每次计算大约需要10分钟。 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 锅炉1接管结构有限元模型 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 锅炉2接管结构有限元模型 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 锅炉3接管结构有限元模型 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 锅炉1接管结构在内压和温度场作用下Mises应力分布 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 锅炉2接管结构在内压和温度场作用下Mises应力分布 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 锅炉3接管结构在内压和温度场作用下Mises应力分布 第二节 热－结构耦合场有限元分析实例 结论 第六章 热－结构耦合场有限元分析 耦合场: 分析考虑两个或两个以上的物理场之间的相互 作用，包括直接和间接耦合分析。 直接方法：同时进行计算多个物理场（如热-结构），适用于 多个物理场各自的响应互相依赖的情况。由于平衡