焦炭塔的疲劳累积损伤及套合效应研究

基于Abaqus平台的二次开发,对典型工况下焦炭塔一个周期的瞬态温度场进行了数值模拟,对进油、进水阶段的径向、轴向温差进行了对比分析,并解释了周向、轴向热应力形成机理;在考虑焦炭与塔壁套合效应的基础上,对Mises应力最大节点进行了组合应力分析,发现焦炭塔在整个生产周期中几乎都处于比例加载状态;鉴于此,通过RainFlow循环计数法对非恒幅应力波形进行了划分,根据疲劳损伤的线性累积原则,计算出了角焊缝的理论寿命值;将有焦炭时的轴向、周向应力值与无焦炭时的进行了对比分析,发现焦炭对塔壁周向套合效应显著,应力增幅近50%;并对套合引起的周向应力进行了理论公式计算,得到了与有限元计算吻合的结果,表明了有限元计算的有效性。

焦炭塔的套合效应研究

借助于有限元方法对一焦炭塔进行了瞬态热传导模拟,并将温度场顺次耦合于应力场,计算出了塔壁、焦床在降温完成后的应力场分布。将节点1800在无焦床作用时的各向应力与有焦床时的进行了对比分析,结果表明,降温阶段焦床与塔壁发生套合,使得塔壁内的周向、轴向应力大幅提高。为验证有限元计算的有效性,对套合效应进行了理论计算,得出了焦床对塔壁的周向套合应力值,结果同样表明,焦炭的套合作用显著,并且理论值与有限元值基本吻合。从而确定,焦炭塔的套合效应是继热机载荷之后,又一个对筒体鼓凸变形、焊缝开裂起决定性影响的因素。

冷点处存在套合应力时变形焦炭塔的安全评估

采用极限应变准则和经典强度理论对变形焦炭塔冷点处存在套合应力时的强度进行安全评估。首先,在选定区域分别建立塔壁变形前后冷点处存在套合作用的几何模型,计算冷点处的套合应力。然后,依据计算所得应力-应变场结果,对冷点处塔壁进行应力分析。结果表明:用极限应变准则评估,焦炭塔在冷却阶段发生屈服;用经典强度理论评估,焦炭塔在生焦和冷却阶段发生屈服。最后,选取路径计算等效应力-应变,绘制应力-应变沿路径变化曲线。通过比较应力和应变评估的结果,对3种评估方法进行比较和评价。

用等效应椭圆套合法实现变异函数套合的研究

针对传统套合法和无需套合法存在的问题，提出了等效应椭圆套合法，既实现了变异函数的套合，又提高了估值精度。