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管殼式換熱器的模式分析
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目前機械結構動力學分析大多是建立在有限元和實驗模態分析的基礎上,本研究從理論和實驗兩個方面研究管殼式...

管殼式換熱器的模式分析

2014/7/28   本網原創   點擊數:

目前機械結構動力學分析大多是建立在有限元和實驗模態分析的基礎上,本研究從理論和實驗兩個方面研究管殼式換熱器的振動特性。

一、有限元模型的建立

應用三維參數化技術及Pro/Engineer軟件,根據管殼式換熱器的實際結構,本研究建立了其三維實體模型。將實體模型以通用格式IGES導入HyperMe進行有限元模型的建立,以保證分析模型與設計模型的一致性,提高分析的準確性。

本研究采用四面體十節點三維實體線性單元對實體進行有限元網格劃分,每個節點含有3個平移自由度,該單元具有二次迭代的特性,適用于劃分不規則網格的模型。對管束和管板、折流板的焊接部位采用焊接單元,總共有網格節點17 201個,單元數65 601個。

二、有限元模態結果及分析

筆者將在HyperMesh環境下建立的有限元模型導入Nastran以進行模態分析。結構的振動可以表示為各階固有振型的線性組合,由于低階的振型對結構的動力影響程度比高階振型大,因此,低階振型決定了結構的動態特性。

由模態分析結果可知管殼式換熱器的固有頻率在180Hz以上,通過該管殼式換熱器的設計參數和極限工況并結合文獻[7]的理論可得其最高激振頻率為102Hz,從而避開了流體誘導振動產生的激振頻率,其整體設計基本合理。

通過對管殼式換熱器各階的模態振型比較,發現如圖2~圖4所示第一、三、五階的模態振型具有典型的意義。可知管殼式換熱器的螺栓連接處和出口、入口處的相對振型較大,并且出口和入口處的模態振型與流體流向相一致,容易引起該處的強烈振動。因此在設計的時候可以考慮增加管程入口和出口處的壁厚,在安裝時有必要對螺栓聯接部位進行螺栓預緊力的校核,防止該處在工作過程中松動甚至與殼體相脫離。



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