文档介绍：第卷第期中国测试技术
年月
基于有限元法的换热器结构可靠性分析
陈金梅金誉辉金长义
广西工业职业技术学院广西南宁广西特种设备监督检验院广西南宁
摘要为了及时、准确地对在役换热器设备进行可靠性评估将有限元和蒙特卡罗相结合方法引入对换热器模
型的计算中。以概率论为基础采用此方法对建立的换热器模型进行次随机抽样分析求出在一定置信度
下的可靠度曲线并对输出随机变量的灵敏度和抽样过程进行了分析求得对结果影响最大的因素是屈服强
度。结果表明该模型可以有效地反映换热器的实际情况为其结构可靠性分析提供参考。
关键词换热器有限元法蒙特卡罗法可靠度灵敏度
中图分类号文献标识码文章编号

’

引言性分析并对结果进行讨论。
世纪年代以来我国相继开发研究了各基于有限元方法的可靠性预测
种热管换热器产品。随着现代工业设备向着高参数计算模型
方向发展对换热器设计提出了更高的要求。不仅要根据考查的重点是换热器结构的可靠性且
求其传热效率高、成本低而且要求在各种工况下具考虑到其结构和载荷都是轴对称的故取换热器
有足够的安全可靠性。部分壳体的作为计算模型。在此基础上利用
换热器作为热量交换的重要设备广泛应用于有限元软件对换热器模型进行模拟。建模
石油化工、天然气工业、建材纺织、航空航天、电子、的同时做了如下简化来加快计算速度和运算的
原子能、动力和冶金等多个领域。为了保证换热收敛程度通过合理选取封头和筒体的直
器设备的安全经济的运行对在役换热器性能的可径将研究换热器可靠性的三维空间问题转化为
靠性进行定期评估具有重要意义。二维轴对称问题。建模时认为筒体和封头
换热器的设计参数如压力、强度、温度、几何尺的连接已达到一体化程度材料可以不同单
寸等都具有一定程度的不确定性和分散性。采用确元是相互连接的不考虑接触关系。由于温
定性方法求出的结果常常和实际状态相差较远目差较小分析时忽略温差效应作为一个恒温体
前多采用概率设计方法。本文采用有限元和蒙特来考虑。
卡罗相结合方法对换热器结构进行可靠性和灵敏网格划分
收稿日期收到修改稿日期对已建立的计算模型采用二维平面单元
作者简介陈金梅女天津市人硕士助教主要从进行网格划分将换热器模型划分为若干
事教学工作。个单元。
中国测试技术年月
加载和施加约束表基本随机变量的均值与方差

在换热器模型内壁施加均布载荷在分布类型均值标准差
模型右下端施加方向约束在处节内径正态分布
点施加方向轴对称约束。壁厚正态分布
模拟法的随机抽样工作压力正态分布
换热器结构可靠性评定中主要设计参屈服强度正态分布
数有内径壁厚工作压力和屈服强
度。它们都不同程度的存在随机性和不
确性。采用有限元和蒙特卡罗相结合分析
方法时首先要明确各随机变量的分布特
性。构件的可靠性问题主要由换热器的压
力、温度、流体的振动等诸多因素的作用而
产生的。正常工况下压力和温度都是波动
的一般服从正态分布和威布尔分布。换热
器的疲劳寿命、强度、几何尺寸以及维修时
间等均服从对数正态分布它是一种偏态分
布。为计算结果与实际工程问题相近采用蒙特卡罗况分别如图