在化工壓力容器設備設計中，根據工藝流程的需要及各種設計條件的限制，往往需要采用一些特殊的連接結構。由于這些特殊部位幾何形狀的不連續性，易引起局部應力集中、應力梯度較大的問題，使得該部位成為設備的主要破壞源之一。
      在常規設計中，彎頭開孔由于其結構的特殊性無法進行開孔補強計算，而采用有限元分析方法可以利用三維實體模型真實地模擬特殊結構的形狀、載荷分布以及邊界條件，并計算出最接近真實狀況的應力分布情況，然后按照相應的標準規范進行應力強度評定，最后確定滿足強度要求的經濟、合理的結構和尺寸。因此，采用有限元分析方法對應力狀態復雜部位進行詳細的應力分析能夠快速有效地解決某些常規設計方法難以解決的問題。
      噴嘴洗滌器是某環境污染綜合治理項目氣化工段的關鍵設備之一，主要任務是利用從噴嘴噴出的工藝灰水去除工藝氣體中的灰塵，凈化工藝氣體。該設備總體設計采用常規設計方法，當采用分析設計方法進行局部應力分析時，其制造要求按JB4732-1995《鋼制壓力容器—分析設計標準》執行，設計應力強度按GB 150-1998鋼制壓力容器選取。
      該噴嘴洗滌器內操作介質為中度危害、易燃易爆介質，工作溫度高，操作工況較為苛刻，尤其是在彎頭開孔接管區的應力狀況比較復雜。這是因為一方面開孔破壞了彎頭殼體材料的連續性，削弱了原有的承載面積，在開孔邊緣附近造成應力集中，另一方面接管的存在使開孔接管區成為總體結構不連續區，彎頭殼體與接管在內壓作用下自由變形不一致，在變形協調過程中將產生邊緣應力，同時接管與彎頭殼體是通過焊縫連接在一起，焊縫的結構尺寸，如焊縫高度、過渡倒角局部結構的不連續，導致局部應力不連續且無法計算。故對噴嘴洗滌器的彎頭開孔接管區進行了應力分析。
      根據結構的對稱性，取彎頭開孔接管區域的1/2進行應力分析，建立彎頭、鍛件接管在內的三維有限元力學分析模型。為了建模和求解的方便，對有限元模型進行適當的簡化處理，忽略焊縫、結構自身重力對應力分布的影響。
      由于該模型在彎頭內壁開孔處存在尖角濕著的幾何結構不連續區久故單元類型采用10節點四面體結構實體單元Solid，該實體單元可以適應幾何不規則形狀，計算結果精度高。網格化處理后該三維模型共劃分17215個單元，29929個節點有限元網絡模型。
      彎頭右側端面位移為0，因此對彎頭右側端面施加全約束，即ALLDOF此三維有限元模型為彎頭接管完整結構的1/2根據其對稱性，在彎頭和鍛件接管的對稱面上施加對稱約束。
      彎頭及接管內表面受7.34MPa的壓力載荷。彎頭上部端面和接管左側端面施加平衡面等效拉應力。
      計算結果顯示，結構最大應力出現在彎頭內壁開孔的尖角處。該處由于結構幾何的不連續性，應力強度達到了207.6 MPa彎頭遠離尖角部位均為低應力區域。接管最大應力出現在內壁與彎頭的上部連接處，最大應力為87.1 MPa，接管內壁與彎頭開孔的下部連接處以及三維模型里側接管與彎頭連接的外表面的應力也達到80 MPa左右。

                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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