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        有限元法在化工管道應(yīng)力分析中的應(yīng)用探討

        2017-03-03 20:28:48張鴻達(dá)北京華福工程有限公司武漢分公司湖北武漢430223
        化工管理 2017年27期
        關(guān)鍵詞:有限元法化工有限元

        張鴻達(dá)(北京華福工程有限公司武漢分公司,湖北 武漢 430223)

        有限元法在化工管道應(yīng)力分析中的應(yīng)用探討

        張鴻達(dá)(北京華福工程有限公司武漢分公司,湖北 武漢 430223)

        隨著工業(yè)化的高速發(fā)展,在各類物料運(yùn)輸?shù)沫h(huán)節(jié)中,化工管道得到了廣泛的應(yīng)用。本文通過分析有限元法應(yīng)用在華工管道應(yīng)力的分析中,在一定程度上完善了化工管道的質(zhì)量。

        化工管道;有限元法;應(yīng)力分析

        在進(jìn)行化工管道焊接的環(huán)節(jié)中,通常情況下都是采用熔化焊接的方式,在對木材和旱材進(jìn)行高溫處理后,會產(chǎn)生熔池,熔池在冷卻后,會產(chǎn)生結(jié)晶,使原子和原子之間結(jié)合氣啦,管道在高溫的條件下會產(chǎn)生大量的殘余應(yīng)力,在受到一定的束縛后,管道不能產(chǎn)生形變,因此管道的應(yīng)力也不能很好的得到釋放,但是管道如果發(fā)生了屈曲后,就會直接導(dǎo)致破壞的產(chǎn)生。管到的泄露會導(dǎo)致環(huán)境的污染,也會產(chǎn)生嚴(yán)重的資源浪費(fèi)的情況。隨著計算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,有限元法得到了應(yīng)用,采用有限元法分析化工管道焊接接頭殘余應(yīng)力意義重大。

        1 化工管道

        1.1 化工管道的特點(diǎn)

        在化工行業(yè),化工管道得到廣泛的應(yīng)用,在石油和天然氣的運(yùn)輸中,管道的用途廣泛。管道根據(jù)用途的不同,也被分成不同的類型,現(xiàn)在,不同的化工管道都是采用焊接的技術(shù)制作。然是管道在焊接的環(huán)節(jié)中,由于加熱不均勻,或者冷卻方式不對,就會導(dǎo)致管道出現(xiàn)熱脹冷縮的問題,在管道的內(nèi)部會產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力,其對管道的強(qiáng)度和剛度產(chǎn)生很大的影響,也會導(dǎo)致管道的穩(wěn)定性的下降,長時間會導(dǎo)致管道產(chǎn)生嚴(yán)重的變形的問題。

        1.2 化工管道的設(shè)計優(yōu)化

        早在二十世紀(jì)五十年代,當(dāng)時就采用最優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行應(yīng)力的分析,結(jié)合了各類線性規(guī)劃和非線性規(guī)劃的問題。在進(jìn)行機(jī)械設(shè)計的環(huán)節(jié)中,應(yīng)該采用優(yōu)化設(shè)計的方式,在一定的工作條件下,要對機(jī)械的性能和尺寸進(jìn)行設(shè)計,還要分析外界環(huán)境對機(jī)械運(yùn)行的影響,從而達(dá)到設(shè)計的目的。在進(jìn)行變量選取的環(huán)節(jié)中,應(yīng)該通過對自變量和因變量的分析,建立起目標(biāo)函數(shù),從而獲得最佳值。在進(jìn)行變量和目標(biāo)函數(shù)設(shè)計的環(huán)節(jié)中,完善空間設(shè)計。

        近年來,隨著電子計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展,機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了高速的變革,計算機(jī)輔助設(shè)計等技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用,有限元法已經(jīng)形成了一個獨(dú)立的學(xué)科。化工生產(chǎn)的過程非常的復(fù)雜,化工機(jī)械是一類常見的機(jī)械設(shè)備,在設(shè)計的環(huán)節(jié)中,除了要遵循機(jī)械設(shè)計的共性特征,而且還要分析設(shè)計的特殊性,在設(shè)計的過程中,要面對不同的參數(shù),其難度非常大。

        2 有限元法

        2.1 有限元法的簡介

        有限元法在實(shí)際的應(yīng)用中,主要是采用有限元分析的方式,可以對偏微方程進(jìn)行求解,是一類常見的數(shù)值方法。近年來,大量的研究針對優(yōu)先單元,這種方法逐漸的被工業(yè)領(lǐng)域接受。有限元法主要采用了變分原理和加權(quán)余量的方法,將一個結(jié)構(gòu)分成不同的組合體,將這些組合體分成不同的單元,科學(xué)的選擇節(jié)點(diǎn),從而可以建立函數(shù),將微分方程中的變量轉(zhuǎn)化成各個變量和其他的倒數(shù)的節(jié)點(diǎn)值,從而運(yùn)用函數(shù)的方式進(jìn)行線性表達(dá),通過加權(quán)余量的方式,對方程進(jìn)行離散求解。在對各項(xiàng)權(quán)重進(jìn)行分析的環(huán)節(jié)中,應(yīng)該采用權(quán)函數(shù)和插值函數(shù)結(jié)合的方式,從而形成科學(xué)的有限元的方法。由于有限元法的通用性非常強(qiáng),其在工程領(lǐng)域的應(yīng)用非常的廣泛,如今,計算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高速的發(fā)展,有限元法成為計算機(jī)輔助技術(shù)的重要代表,在數(shù)值的仿真中發(fā)揮的作用非常的明顯。

        2.2 在化工管道中采用有限元法

        如今,有限元法在化工管道中的應(yīng)用非常的廣泛,可以對化工管道所承受的應(yīng)力進(jìn)行分析,在化工管道應(yīng)用的環(huán)節(jié)中,進(jìn)行熱分析,并且對化工管道起到良好的保護(hù)的效果,進(jìn)行管道的漏磁檢測。

        在一些化工行業(yè)起步比較早的發(fā)達(dá)國家,很多化工企業(yè)都采用科學(xué)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方式,采用實(shí)驗(yàn)的方式對相關(guān)的理論進(jìn)行分析,而且形成了非常全面的數(shù)據(jù),設(shè)計規(guī)范也非常的全面。在化工管道的檢測中,主要結(jié)合了溫度場、剛度、強(qiáng)度的分析,提高了化工管道的抗腐蝕能力,結(jié)合了漏磁檢測。

        近年來,我國也對化工管道進(jìn)行了研究,大量的研究工作取得新的進(jìn)展。采用有限元法對化工管道進(jìn)行保護(hù),運(yùn)用軟件對化工管道的保溫過程進(jìn)行熱分析,從而在化工管道保溫的環(huán)節(jié)中,可以防止各類損失的產(chǎn)生。采用有限元法對化工管道承受的壓力進(jìn)行分析,分析小尺寸的缺陷對管道應(yīng)力產(chǎn)生的影響,從而找到規(guī)律。對管道的熱應(yīng)力進(jìn)行有限元的分析,從而使應(yīng)力的分布呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。還能對管道的腐蝕情況進(jìn)行分析,防止大量的腐蝕問題產(chǎn)生。由于受到計算機(jī)軟件和相關(guān)技術(shù)的限制,化工管道在制作中同樣會受到材料的影響,應(yīng)該采用有限元法,對管道的設(shè)計和制作進(jìn)行優(yōu)化。

        2.3 化工管道的有限元分析流程

        首先要建立模型,建立起管道模型和焊縫的模型,其次要進(jìn)行溫度場和應(yīng)力場的分析,并且劃分單元,增加束縛和荷載,最后求解,從而得到溫度和殘余應(yīng)力的分布情況,找到最佳的解決方案。

        3 結(jié)語

        隨著科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展,在設(shè)計中不能只采用線性理論。有限元法如今發(fā)展迅速,在設(shè)計中得到廣泛的應(yīng)用,很多化工產(chǎn)品的設(shè)計都采用有限元法,這項(xiàng)技術(shù)可以提高化工產(chǎn)品的生產(chǎn)率,效果非常好。

        [1]周基偉.試論有限元法在壓力容器及管道局部應(yīng)力計算中的應(yīng)用研究[J].中國包裝工業(yè),2015,(16):86-87.

        [2]李軍.材料力學(xué)法及ANSYS有限元法在金鼎寺水庫重力壩應(yīng)力分析中的應(yīng)用[J].低碳世界,2014,(17):116-117.

        [3]孫麗麗,王尊策,王勇,張旭昀,韓軍,徐子怡,畢鳳琴.基于ANSYS有限元法的含雙點(diǎn)及組合腐蝕缺陷管道應(yīng)力分析[J].兵器材料科學(xué)與工程,2014,(01):5-7.

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