| 【中文题名】 | 焦炭塔的安全性分析及寿命评价——焦炭塔的结构强度分析 |
| 【英文题名】 | |
| 【学科专业】 | 动力机械及工程 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2004-7-7 |
| 【中关键词】 | 强度分析,热变形,热应力,机械应力,安定性,稳定性 |
| 【英关键词】 | strength analysis,thermal deformation,thermal stress,mechanical stress,reliability,stability,Ansys, |
| 【分类导航】 | 工业技术>化学工业>炼焦化学工业>煤的高温干馏>> |
| 【论文摘要】 | 工程实际中的强度问题牵涉范围十分广泛，可归结为考虑限制结构承载能力的各种因素，包括：塑性变形引起的零件形状的显著变化、载荷超过额定值时材料的破坏和结构稳定性的丧失等。材料在高温下的应力状况更加复杂，温差应力和机械应力的耦合作用，对设备的强度造成巨大影响，分析结构在高温下的强度问题具有重要意义。
焦炭塔是石化行业延迟焦化工艺的重要设备，由于操作条件的苛刻，容易出现强度问题引起的多种失效，对它进行全面的结构强度分析具有很大的实际意义和经济价值。
为对实际操作的焦炭塔进行结构强度分析，本文着重对塔壁的热变形和热应力进行了研究。根据有限单元法理论，建立瞬态温度场分析模型，利用功能强大的有限元分析软件ANSYS对塔壁进行各主要操作阶段的温度场和热应力场分析。同时对改进的裙座结构进行计算，比较两种结构型式对设备受力的影响。分析焦炭塔在机械载荷，如内压、自重、风载和地震载荷作用下的应力情况，其中塔体的模态分析、风载的函数加载和地震载荷的时程分析是本文的创新。
分析结果表明焦炭塔塔壁的温度场存在径向和轴向温度梯度，产生的热应力在塔壁组合应力中占主要成分，采用安定性准则进行评价，得出焦炭塔满... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
3-4 |
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Abstract |
4-9 |
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1 绪论 |
9-13 |
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1.1 结构强度理论及其应用 |
9-10 |
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1.2 高温强度理论及其应用 |
10 |
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1.3 焦炭塔高温强度研究的意义 |
10-11 |
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1.4 本课题的来源及主要研究内容 |
11-12 |
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1.5 主要技术难点及创新 |
12-13 |
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2 焦炭塔的结构和工艺条件 |
13-17 |
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2.1 焦炭塔的结构尺寸和基础数据 |
13-14 |
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2.1.1 焦炭塔的结构和主要尺寸 |
13 |
|
2.1.2 焦炭塔的基础数据 |
13-14 |
|
2.2 焦炭塔的操作工艺 |
14 |
|
2.3 焦炭塔的主要失效形式 |
14-15 |
|
2.4 数值模拟及其实现 |
15-17 |
|
2.4.1 数值模拟技术及方法 |
15-16 |
|
2.4.2 有限元法的基本原理 |
16 |
|
2.4.3 有限元软件的选用 |
16-17 |
|
3 焦炭塔温度载荷分析模型的建立 |
17-27 |
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3.1 温度场分析的条件 |
17-18 |
|
3.2 瞬态温度场分析有限元方程的建立 |
18-20 |
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3.3 瞬态温度场有限单元法求解 |
20-21 |
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3.4 瞬态热应力的求解 |
21-22 |
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3.5 焦炭塔瞬态温度场分析有限元模型的建立 |
22-27 |
|
3.5.1 几何模型的建立 |
23-24 |
|
3.5.2 物理模型的建立 |
24 |
|
3.5.3 温度场分析中的材料参数 |
24-26 |
|
3.5.4 动态温度载荷的施加--生死单元技术 |
26-27 |
|
4 利用ANSYS有限元软件实现塔壁瞬态温度载荷分析 |
27-45 |
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4.1 预热阶段温度场及热应力场分析 |
27-29 |
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4.1.1 预热阶段边界条件的确定 |
27 |
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4.1.2 预热阶段温度载荷分析有限元模型的建立 |
27-28 |
|
4.1.3 预热阶段温度场及热应力分析结果 |
28-29 |
|
4.2 充焦阶段温度场及热应力场分析 |
29-33 |
|
4.2.1 充焦阶段温度载荷分析有限元模型的建立 |
29-30 |
|
4.2.2 充焦阶段温度场及热应力分析结果 |
30-33 |
|
4.3 蒸汽冷却阶段温度场及热应力场分析 |
33-34 |
|
4.3.1 蒸汽冷却阶段温度载荷分析有限元模型的建立 |
33 |
|
4.3.2 蒸汽冷却阶段温度场及热应力分析结果 |
33-34 |
|
4.4 水冷阶段温度场及热应力场分析 |
34-39 |
|
4.4.1 水冷阶段温度载荷分析有限元模型的建立 |
34-35 |
|
4.4.2 水冷阶段温度场及热应力分析结果 |
35-39 |
|
4.5 焦炭塔塔壁温度载荷分析小结 |
39 |
|
4.6 焦炭塔裙座结构型式的改进与分析 |
39-44 |
|
4.6.1 焦炭塔裙座结构型式比较 |
39-40 |
|
4.6.2 裙座改进型式温度载荷分析 |
40-43 |
|
4.6.3 两种结构型式应力比较 |
43-44 |
|
4.7 防止焦炭塔焊缝开裂的措施和建议 |
44-45 |
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5 焦炭塔机械载荷有限元分析 |
45-61 |
|
5.1 模态分析 |
45-49 |
|
5.1.1 模态分析有限元方程的建立 |
45-46 |
|
5.1.2 模态分析模型的建立 |
46-47 |
|
5.1.3 模态分析结果 |
47-49 |
|
5.1.4 模态分析小结 |
49 |
|
5.2 地震反应分析 |
49-55 |
|
5.2.1 时程分析法 |
50 |
|
5.2.2 地震反应分析有限元方程的建立 |
50-52 |
|
5.2.3 地震反应分析模型的建立 |
52 |
|
5.2.4 地震反应分析结果 |
52-55 |
|
5.2.5 地震反应分析小结 |
55 |
|
5.3 风载荷分析 |
55-60 |
|
5.3.1 风载荷分析模型的建立 |
56-58 |
|
5.3.2 风载荷分析结果 |
58-59 |
|
5.3.3 风载荷分析小结 |
59-60 |
|
5.4 塔体各部分重量产生的压应力 |
60 |
|
5.5 内压产生的薄膜应力 |
60-61 |
|
6 焦炭塔结构强度分析 |
61-65 |
|
6.1 塔壁安定性分析 |
61-63 |
|
6.1.1 组合应力的计算 |
61-62 |
|
6.1.2 塔壁安定性校核 |
62-63 |
|
6.2 裙座稳定性校核 |
63-65 |
|
6.2.1 裙座危险截面最大轴向压应力计算 |
63 |
|
6.2.2 裙座稳定性校核 |
63-65 |
|
7 结论与展望 |
65-67 |
|
7.1 主要工作 |
65 |
|
7.2 主要结论 |
65 |
|
7.3 后续工作展望 |
65-67 |
|
参考文献 |
67-70 |
|
研究生学习期间发表论文 |
70-71 |
|
致谢 |
71-73 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.57770 |
