热应力专题 直接法热应力分析——以保温管道为

 成功案例     |      2018-08-08 04:15

  爱彩网问题分析:根据结构的对称性,采用轴对称单元计算。轴对称模型在第一象限建模,对称轴是Y轴,XYZ分别表示径向、轴向和周向(环向)。热力耦合单元采用PLANE223,具有温度自由度和结构位移自由度。采用国际单位制。

  Main Menu GeneralPostproc Plot Results Contour Plot Nodal Solu→ Nodal Solution→ DOFSolution→ Nodal Temperature→ OK

  热应力问题实际上就是热和应力两个物理场之间的相互作用,故属于耦合场分析问题。与其他耦合场的分析方法类似,ANSYS提供两种分析热应力的方法:直接法和间接法。

  Main Menu Solution Define Loads Apply StructuralPressure On Nodes→ VALUE

  (2)直接法:直接采用具有温度和位移自由度的耦合单元,同时得到热分析和结构应力分析的结果。直接法又分弱耦合和强耦合。

  计算结果:有保温层,热分析后管道的温度为45.1℃。内压与温差作用下,应力见各向应力云图、第三强度和第四强度相当应力。计算结果与间接法一致。

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  由于相互接触的不同结构体或同一结构体的不同部分之间的热膨胀系数不匹配,在加热或冷却时彼此的膨胀或者收缩程度不一致,从而导致热应力的产生。

  某液体管路内部通有液体,外部包有保温层,保温层与空气接触,结构如图2.1所示。已知管路由铸铁制造,其导热系数为70W/(m·℃),弹性模量为200GPa,泊松比为0.3,热膨胀系数为1.2×10-5/℃;保温层的导热系数为0.02W/(m·℃),弹性模量为20GPa,泊松比为0.4,热膨胀系数为1.2×10-5/℃;管路内液体压力0.3MPa,温度为70℃,对流换热系数为1W/(m2·℃);空气温度为-40℃,对流换热系数为0.5W/(m2·℃)。试分析管路内热应力情况。