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管板孔开槽的液压胀接接头三维弹塑性有限元分析

于洪杰  
【摘要】:管壳式换热器中管子和管板的连接方法主要有焊接法和胀接法以及胀焊结合。在胀接法中又主要有机械胀接法和液压胀接法。液压胀接虽然起步比机械胀接晚得多,但与机械胀接相比,有许多明显的优点,因而发展比较迅速,有成为胀接法主流的趋势。对液压胀接的理论研究与实验研究也都很活跃,研究的目的是要保证接头的紧密性和拉脱强度。在传统的液压胀管研究中,在对影响胀接接头性能的各种因素的分析中存在着若干重要的局限性。例如,理论分析往往是二维分析且假设材料为线弹性理想塑性,不易考虑材料的实际性能和接头实际尺寸形状的影响;而实验研究不仅成本高,而且实验结果又难于推广为液压胀接接头设计准则。本论文的主要目的就是要利用三维非线性有限元分析法对液压胀接接头进行研究。 本论文建立了用于分析管板孔开槽液压胀接接头的参数化三维非线性有限元模型。模型中考虑了:(1)周围管板孔对胀管的影响;(2)管子和管板材料都具有非线性应变硬化性质;(3)管子两端伸出管板孔的端部效应;(4)管板孔中开槽尺寸及位置的影响等。接头的几何形状、材料性质和载荷等作为模型参数。赋予这些参数不同的数值,就可以改变接头几何形状、材料性质和载荷。应用这种参数化模型可以方便而系统地对各参数是如何影响接头性能的进行定量分析,从而对液压胀接的机理有更全面深入的揭示。 作为液压胀接接头可靠性研究和接头结构优化设计研究,本论文通过对管子-管板间残余接触压力大小及分布的分析,从接头紧密性角度研究了:胀接过程管板等效应力分布及变化情况;胀接压力对残余接触压力的影响,及管子的端部效应;管板孔开槽的宽度、深度、个数 北京化工大学硕士学位论文 及位置对接头紧密性的影响等问题。 本论文得到的一些结论,可以作为液压胀接接头可靠性研究及结构 优化设计的基础,并为制订适用于液压胀管法的管板孔开槽标准作好 理论上与技术上的准备。 关键词:换热器,液压胀接,管板孔开槽,残余接触压力,三维弹塑 性有限元分析 一11·


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