碳化硅砖换热元件的热应力分析

设计了一种用于回收利用工业炉散失热量的特型碳化硅砖换热元件,运用商业软件ANSYS对其中的热场、流场和热应力进行三场耦合计算,对结构和操作参数进行分析和优化。结果表明:换热元件内的竖管截面为椭圆时热应力最小,管道直径和气体进口速度与换热元件中所产生的最大热应力成反比,t/D有一个最佳值6。

铝合金圆板上碳化硅涂层热应力有限元分析

假设涂层和基体界面处于理想结合状态下,且不考虑涂层中缺陷的影响,采用有限元软件(ANSYS 8.0)分析了5～30μm厚碳化硅涂层中的热变形和热应力。结果表明,在平面法线方向(z方向)上,涂层/基体系统在热应力作用下发生热屈曲,圆心处z方向热变形为0.05mm,而在边缘处z方向热变形为-0.08mm;热变形呈现轴对称的特点,其危险区域在上下表面的圆心部位,该处的热变形最大,也最容易造成该处涂层胀裂失效;对于不同直径的圆板,发生热屈曲时均存在一个类似的z方向零位移环,并且该z方向零位移环的位置与圆盘半径有关,而与涂层厚度无关;计算得出5～30μm厚碳化硅涂层中的热应力约为2.45～11.00GPa,该值远高于1mm厚4043铝合金基体中产生的热应力(24.68MPa);圆板热屈曲后拱起高度和热应力均随涂层厚度的增加而增加。