大直径高温换热器应力分析中出现的问题

目前在做某一项目中有一台大直径高温换热器
设计参数如下：
换热器型式：BEM
直径Φ1600mm
壳程设计压力和设计温度：0.35MPa/FV和505℃
壳程设计压力和设计温度：0.35MPa和580℃
壳程平均金属壁温：328℃
管程平均金属壁温：404℃
换热管规格Φ25×2mm
换热管长度6000m
换热管数量3514根
主体材质选用S30409

在用SW6进行常规设计时发现如下问题：
1.S30409在580℃时无高温屈服强度 ；
2.管板周边不布管区无量纲宽度 k=1.59332>1
比值 Dt/Di= ρt=0.7661220.8
已超出GB151计算模型的范围，按照GB151的方法不能计算。

最后采用ANSYS进行管板计算，由于管壳侧温差较大，需进行热力耦合分析：

网格划分1

网格划分2

网格划分3

网格划分4

网格划分

网格质量

网格质量

温度场分析

热力耦合分析

热力耦合分析采用1/4模型计算，算出来的应力达到2864MPa，
很显然应力值算出来的不准确
但我查了材料参数的设置 边界条件和载荷的施加均未发现问题
另外温度场计算的时候与一个采用ANSYS经典算的温度场的结果一模一样
也就是说我算的温度场是没有问题的

在热力耦合分析的时候边界条件和载荷的施加就更没问题了
但算出来的结果显然不合理
因有限元模型太大 网格数量太多 选择的是Solid185单元 网格数量在1900000左右
再大了就无法计算了
计算出的最大应力是在管板与管箱壳体连接的倒圆角处
且在施加对称约束的那一排换热管上的应力也很大 但是没施加对称约束条件的其他换热管的应力均很小
修改过多次也无法找到计算出现错误的原因

原因我个人猜测如下：
1. 选择solid185单元出现剪切自锁现象导致应力很大 想选用solid186单元进行计算核实
但因模型实在太大 改为solid186单元电脑都无法计算；
2. 在施加约束的地方出现了应力奇异

自己实在是找不到问题到底出现在哪里
所以倒海川里面找大神帮忙看看
谢谢~

有没有大神帮忙解答 在线等

我看着这样的布管咋这么奇怪呢？

不是单元问题, 首先差的不多可以修改下设计参数让sw6能计算看看是什么结果, 或者加厚管板. 在反复确认分析过程没问题情况下有点怀疑是不是换热管在温差下膨胀导致的应力那么大,加厚下筒体和管板呢?

怕热的人 发表于 2018-1-17 23:49
我看着这样的布管咋这么奇怪呢？

就是因为直径很大 而布管很少 所以超出了GB151管板的计算模型 SW6才无法计算

bravestorm 发表于 2018-1-18 07:20
不是单元问题, 首先差的不多可以修改下设计参数让sw6能计算看看是什么结果, 或者加厚管板. 在反复确认分析 ...

已确认温差应力导致不了那么大的应力 还是分析的原因

那一定是你分析过程中哪里有问题, 选面有没有选全之类的,不要过于自信过程等解决了别忘了告诉下问题出在哪里,谢谢!

bravestorm 发表于 2018-1-18 10:28
那一定是你分析过程中哪里有问题, 选面有没有选全之类的,不要过于自信过程等解决了别忘了告诉下问题出在哪 ...

已检查过多遍 并未发现载荷和边界条件施加的问题 更不会出现面没选全的问题

还是没有解决啊 好苦恼

版主能不能帮帖子置顶 这个问题解决了 对广大川友来说是一个很大的福利啊@蓝天@梦幻100

……为什么被版主置顶以后又解除了？？？

这玩意都用有限元设计？感觉工作量太大了，
网格数量都非常巨大，一般电脑吃不消的

1. 随着网格密度的增加，全积分剪切闭锁的影响是越来越小。
2. 选择“增强应变”时网格密度对计算结果影响是比较小的，所以在实际计算的时候要么加密网格，要么使用185单元增强应变选项。
3. 要么选用高阶单元，如186单元来避免剪切闭锁的影响。

dljdw 发表于 2018-1-22 16:45
1. 随着网格密度的增加，全积分剪切闭锁的影响是越来越小。
2. 选择“增强应变”时网格密度对计算结果影响 ...

1. 这个模型比较大 选用186单元的话网格数量太多 电脑计算不了；
2. 我用的是workbench，我知道经典里面是可以选用185且增强应变单元的，但不知道workbench中如何选择增强应变单元，这个请问你知道吗？可否告知一下

方便的话请把apdl命令流给我一份 , 邮件地址已短消息你.

Freestyle-sky 发表于 2018-1-22 18:00
1. 这个模型比较大 选用186单元的话网格数量太多 电脑计算不了；
2. 我用的是workbench，我知道经典里面 ...

在Geometry的PartBody中插入命令et，4，Solid185将单元类型改为Solid185.插入命令keyopt打开相应设置。

dljdw 发表于 2018-1-23 19:51
在Geometry的PartBody中插入命令et，4，Solid185将单元类型改为Solid185.插入命令keyopt打开相应设置。
...

你好 你说的是如何选用增强应变单元吗 请问您能将详细的步骤列出来一下吗 非常感谢~

1. 进入MODEL
2. 选中Geometry下的SOLID(或PartBody),右键菜单中选择插入命令INSERT-COMMANDS
3. 在右侧COMMANDS窗口中输入命令行.

ET,1，SOLID185         //element type, 材料号(material number), 单元类型编号
KEYOPT,1,2,2                                                //1=REDUCED INTEGRATION，2=Enhanced strain formulation,3=Simplified enhanced strain formulation,0=Full integration with method (默认)     1，2，3都可以试一下

4. 在mesh中选择dropped midside nodes，否则会出错。

dljdw 发表于 2018-1-24 19:03
1. 进入MODEL
2. 选中Geometry下的SOLID(或PartBody),右键菜单中选择插入命令INSERT-COMMANDS
3. 在右侧C ...

非常感谢 厉害 终于看到大神了

dljdw 发表于 2018-1-24 19:03
1. 进入MODEL
2. 选中Geometry下的SOLID(或PartBody),右键菜单中选择插入命令INSERT-COMMANDS
3. 在右侧C ...

ET,1，SOLID185只是选择了一个体为solid185，请问对所有的体都定义为solid185的命令是什么？另外可否帮解释一下KEYOPT,1，2，2后面三个数字的意思？我对命令流不熟悉，KEYOPT,1，2，2命令是将所有的体都定义为增强应变单元了吗？