（化工过程机械专业论文）cta干燥机的有限元应力分析.pdf

。l ， 学位论文数据集 中图分类号 t h 6 学科分类号 5 3 0 3 1 论文编号 10 0 10 2 0 0 7 0 4 3 1 密级 学位授予单位代码1 0 0 1 0 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名祝明威学号 2 0 0 4 0 0 0 4 3 1 获学位专业名称化工过程机械获学位专业代码 0 8 0 7 0 6 课题来源 中国纺织工业设计院研究方向压力容器技术 论文题目 c t a 干燥机的有限元应力分析 关键词 回转圆筒式干燥机，温度场，应力强度，有限元法 论文答辩日期 20 0 7 - 6 - 5 论文类型应用研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师冯武文 教授北京化工大学化工设备与机械 评阅人l王奎升教授北京化工大学流体机械 评阅入2盲评 评阅人3 评阅入4 评阅人5 答辩委员会主席郭英教授北京服装学院机械 答辩委员1王奎升 教授 北京化工大学流体机械 答辩委员2崔文勇 教授 北京化工大学工程力学 答辩委员3 答辩委员4 答辩委员5 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中固图书资料分类法查询 三学科分类号在中华人民共和圈固家标准( g b t1 3 7 4 5 - 9 ) 学科分类 与代码中查询 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成 北京化工大学硕士学位论文 c i a 干燥机的有限元应力分析 摘要 本文概述了p t a ( 精对苯二甲酸) 装置中用于干燥c t a ( 粗对苯二甲酸) 的回转圆筒式干燥机的功能、结构形式及设计计算要求，介绍了用有限元 法在进行传热和结构计算中的应用。 使用a n s y s 有限元分析软件建立了某c t a 干燥机的三维有限元模型，并 对其进行了有限元计算。通过对干燥机局部模型的有限元传热计算，得到 了干燥机的整体温度场分布，并在此基础上得到了干燥机的整体热应力分 布。进而讨论了干燥机在四种载荷工况下的应力强度及位移，确定了影响 干燥机强度的最主要因素及最危险工况。对采用不同简体厚度的干燥机的 整体应力强度进行了对比。 文中讨论了干燥机管程压力的泊松效应对管板的影响，并指出忽略这 一影响的条件；讨论了简化的无孔当量管板与实际开孔管板刚度的差异、 简化原则以及对有限元计算结果需做的修正；验证了采用简化的有限元 梁、壳模型计算结果的合理性。 文中用传统的设计规范对该干燥机进行了刚度和强度的计算，并与有 限元计算结果做了比较，指出了传统规范设计的缺陷。 本文的分析计算结果将对此类设备的设计有一定的参考意义。 关键词：回转圆筒式干燥机，温度场，应力强度，有限元法 北京化工大学硕士学位论文 f i n i t ee l e m e n ts t r e s sa n a l y s i so fc t a d r y e r a b s t r a c t i nt h i s t h e s i s ，t h ef u n c t i o n ，s t r u c t u r e f o r ma n dd e s i g n c a l c u l a t i n g a c q u i r e m e n to f t h er o l l i n gc y l i n d e rd r y e rw h i c hi su s e dt od r yc t ai nt h ep t a d e v i c ew a ss u m m a r i z e d a n dt h ea p p l i c a t i o no ff e mi nt h eh e a t - t r a n s f e ra n d c o n s t r u c t i o nc a l c u l a t i o nw a si n t r o d u c e d u t i l i z i n gt h ea n s y ss o f t w a r e ，t h e3 - df i n i t ee l e m e n tm o d e lo fo n ec t a d r y e rw a sb u i l ta n dc a l c u l a t e d a c c o r d i n gt oc a l c u l a t i n gt h eh e a t - t r a n s f e ro f t h ep a r t i a lm o d e l ，t h ew h o l et e m p e r a t u r ea n dh e a ts t r e s sd i s t r i b u t i o nw a s g a i n e d t h e nt h es t r e s ss t r e n g t ha n dd i s p l a c e m e n tu n d e rf o u rl o a dc a s e sw e r e d i s c u s s e da n dt h em o s ti m p o r t a n tf a c t sa n dd a n g e r o u sc a s em o d e s i n f l u e n c i n g t h ed r y e rs t r e n g t hw e r ec o n f i r m e d a sw e l la s ，t h ee s s a yc o n t r a s t e dw i t ht h e w h o l es t r e s ss t r e n g t hu n d e rd i f f e r e n tt h i c k n e s s e so ft h ed r y e r d i s c u s s i o na b o u tt h ei n f l u e n c eb e c a u s eo fp o i s s o ne f f e c tc a u s i n gb yt h e t u b ep r e s s u r ew a ss h o w e di nt h i sa r t i c l e a f t e r d i s c u s s i n gt h es t i f f n e s s d i f f e r e n c e sb e t w e e nt h es i m p l i f i e dn o n - p o r e de q u i v a l e n ta n da c t u a lf e n e s t r a t e d f m ew i t hu s i n gt h et r a d i t i o n a ld e s i g nc r i t e r i o n ；t h e d e f i c i e n c yb yu s i n gt h e t r a d i t i o n a ld e s i g nc r i t e r i o nw a s p o i n to u t t h ec a l c u l a t e dr e s u l t sa n dt h ea n a l y s i sc o n c l u s i o n si nt h i st h e s i sc a nb e r e f e r e n c e df o rt h ed e s i g no ft h i sk i n do f d r y e r k e yw o r d ：r o l l i n gd r y e r ；t e m p e r a t u r ef i e l d ；s t r e s si n t e n s i t y ；f i n i t ee l e m e n t a n a l y s i s i i l 北京化工大学硕士学位论文 目录 第一章概述1 1 1 课题来源、项目名称1 1 2 干燥机结构简介1 1 3 本课题研究的目的和意义2 1 4 本课题相关领域的历史及研究现状3 1 5 本课题分析研究的内容5 第二章c t a 干燥机的结构图及分析计算条件6 2 1 结构示意图j 。6 2 2 工艺条件。9 2 3 结构条件。1 0 2 4 载荷条件。1 2 第三章c t a 干燥机整体及局部有限元模型的建立13 3 1a n s y s 有限元程序简介1 3 3 2 模型中单元的选择与简介1 3 3 2 1 模型单元的选择1 3 3 2 2 单元简介。1 4 3 3 模型中所用材料的属性。1 6 3 4 整体与局部模型的网格划分。1 7 3 4 1 网格划分一l7 3 4 2 整体和局部的有限元模型1 7 3 5 计算分析中的载荷工况及边界条件1 9 第四章干燥机管箱及整体温度场的计算2 1 4 1 传热学简介2 l 4 2 边界条件的简化与处理2 3 4 3 换热管与管箱温度场的计算2 4 第五章干燥机整体有限元模型的计算结果及分析2 9 5 1 工况l ( 空载工况) 下干燥机的应力强度和位移2 9 5 1 1 干燥机整体的位移云图2 9 5 1 2 干燥机的整体应力强度3 0 5 1 3 干燥机的肋板应力强度3 l 5 1 4 干燥机支撑板的应力强度3 l 5 1 5 干燥机座环的应力强度。3 2 北京化工大学硕士学位论文 5 1 6 干燥机加强圈的应力强度3 2 5 1 7 干燥机滚圈的应力强度3 3 5 1 8 干燥机齿圈的应力强度3 4 5 1 9 干燥机筒体的应力强度3 4 5 1 1 0 干燥机中间部分简体的应力强度和第一主应力3 5 5 1 1 l 干燥机换热管的应力强度3 5 5 1 1 2 干燥机管板的应力强度3 6 5 2 工况2 ( 机械载荷) 下干燥机的应力强度和位移3 6 5 2 1 干燥机整体的位移3 6 5 2 2 干燥机的整体应力强度3 7 5 2 3 干燥机的肋板应力强度“3 8 5 2 4 干燥机支撑板的应力强度。3 8 5 2 5 干燥机座环的应力强度3 9 5 2 6 干燥机加强圈的应力强度3 9 5 2 7 干燥机滚圈的应力强度。4 0 5 2 8 干燥机齿圈的应力强度4 l 5 2 9 干燥机筒体的应力强度4 l 5 2 1 0 干燥机中间部分简体的应力强度和第一主应力4 2 5 2 1 l 干燥机换热管的应力强度4 2 5 2 1 2 干燥机管板的应力强度4 3 5 3 工况3 ( 设计工况) 下干燥机的应力强度和位移4 3 5 3 1 干燥机整体的位移4 4 5 3 2 干燥机的整体应力强度4 5 5 3 3 干燥机的肋板应力强度。4 5 5 3 4 干燥机支撑板的应力强度4 6 5 3 5 干燥机座环的应力强度。4 6 5 3 6 干燥机加强圈的应力强度4 7 5 3 7 干燥机滚圈的应力强度：4 7 5 3 8 干燥机齿圈的应力强度4 8 5 3 9 干燥机简体的应力强度4 9 5 3 1 0 干燥机中间部分简体的应力强度和第一主应力4 9 5 3 11 干燥机换热管的应力强度5 0 5 3 1 2 干燥机管板的应力强度5 0 5 4 工况4 ( 事故工况) 下干燥机的应力强度和位移5l 5 4 1 干燥机整体的位移5 l v 北京化工大学硕士学位论文 5 4 2 干燥机的整体应力强度5 2 5 4 3 干燥机的肋板应力强度5 2 5 4 4 干燥机支撑板的应力强度_ j 5 3 5 4 5 干燥机座环的应力强度5 3 5 4 6 干燥机加强圈的应力强度。5 4 5 4 7 干燥机滚圈的应力强度。5 4 5 4 8 干燥机齿圈的应力强度。5 5 5 4 9 干燥机筒体的应力强度5 6 5 4 1 0 干燥机中间部分筒体的应力强度和第一主应力。5 6 5 4 1l 干燥机换热管的应力强度5 7 5 4 1 2 干燥机管板的应力强度5 7 5 5 干燥机在各种载荷工况下计算结果的比较5 8 5 6 传统设计方法对该干燥机进行的计算5 9 5 7 两种简体壁厚下，干燥机在各种载荷工况下计算结果的比较6 6 5 8 本章小结：6 8 第六章结论6 9 参考文献7 1 附录1 关于管程压力作用泊松效应对管伸长影响的讨论7 3 附录2 关于管板及进料端盖材料当量弹性模量的计算和说明7 4 致谢7 7 研究成果及发表的学术论文7 8 作者和导师简介7 9 北京化工大学硕士学位论文 c o n t e n t s c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n 1 1 1s o u r c eo f s u b j e c t ，n a m eo f p r o j e c t 1 1 2b r i e f s t r u c t u r ei n t r o d u c t i o no f c t a d r y e r l 1 3o b j e c t i o na n ds i g n i f i c a n c eo f t h es u b j e c t 2 1 4h i s t o r i c a la n dp r e s e n ts t a t eo f t h er e l e v a n tf i e l d s 、衍n lt h es u b j e c t ：3 1 5 a n a l y z i n ga n dr e s e a r c h i n gc o n t e n to f t h es u b j e c t 5 c h a p t e r 2s t r u c t u r ed i a g r a ma n dc a l c u l a t i o nc o n d i t i o n so fc t a d r y e r 6 2 1s t r u c t u r ed i a g r a mo f t h ed r y e r 6 2 2t e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n s 9 2 3s t r u c t u r ec o n d i t i o n s 1 ( ) 2 4l o a dc o n d i t i o n s 1 ：z c h a p t e r 3c r e a t i o no fw h o l ea n dp a r t i a lf i n i t ee l e m e n tm o d e l o fc t a d r y e r 1 ：i 3 1b r i e f i n t r o d u c t i o no f a n s y sf i n i t ee l e m e n t p r o c e d u r e 1 3 3 2s e l e c t i o na n db r i e f i n t r o d u c t i o no f t h ee l e m e n t su s e di nt h em o d e l 1 3 3 2 1s e l e c t i o no f t h ee l e m e n t su s e di nt h em o d e l 1 3 3 2 2b r i e f i n t r o d u c t i o no f t h ee l e m e n t s 1 4 3 3p r o p e r t i e so f t h em a t e r i a l su s e di nt h em o d e l ，1 6 ：i 4m e s hg e n e r a t i o n o f t h e w h o l ea n d p a r t m o d e l 1 7 3 4 1m e s hg e n e r a t i o n 1 7 3 4 2f “t ee l e m e n tm o d e l 1 7 3 5l d a dc a s e sa n db o u n d a r yc o n d i t i o n s 1 9 c h a p t e r 4t h ec a l c u l a t i o no ft h ed r y e rc h a n n e la n dw h o l et e m p e r a t u r e f i e l 2 l 4 1b r i e f i n t r o d u c t i o no f h e a tt r a n s f e r 2 1 4 2s i m p l i f i c a t i o no f b o u n d a r yc o n d i t i o n s 2 3 4 3t e m p e r a t u r ef i e l dc a l c u l a t i o n so f t h et u b ea n dc h a n n e l 2 4 c h a p t e r 5r e s u l to fc a l c u l a t i o na n a l y s i so ft h ew h o l ef i n i t ee l e m e n t m o d e l ： 9 5 1s t r e s si n t e n s i t ya n dd i s p l a c e m e n to f t h ed r y e ru n d e rl o a d1 n l o a d e d ) 2 9 5 1 1c o l o r e dd i s p l a c e m e n tp a t t e r n so f t h ew h o l ed r y e r 2 9 5 1 2s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e r 3 0 5 1 3s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e rr i b b e dp l a t e 3 1 5 1 4s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e rs u s t a i n 3 i v i i 北京化工大学硕士学位论文 i _ _ - _ _ - _ 一 5 1 5s t r e s si n t e n s i t yo f t h e & r y e rs t a n dr i n g 3 2 5 1 6s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e r s t i f f e n i n gr i n g - 3 2 5 1 7s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e r r o l l i n g r i n g 3 3 5 1 8s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e rg e a rr i n g 3 4 5 1 9s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e rc y l i n d e r 3 4 5 1 1 0s t r e s si n t e n s i t ya n dl t hp r i n c i p a ls t r e s so f t h ed r y e rc y l i n d e ra tt h e m i d d l e 3 5 5 1 1 1s t r e s si n t e n s i t yo f t h e t u b e 3 5 5 1 1 2s t r e s si n t e n s i t yo f t h et u b es h e e t 3 6 5 2s t r e s si n t e n s i t ya n dd i s p l a c e m e n to f t h ed r y e ru n d e rl o a d2 ( m e c h a n i c a ll o a d ) 3 6 5 2 1d i s p l a c e m e n t o f t h ew h o l ed r y e r 3 6 5 2 2s t r e s si n t e n s i t yo f t h ew h o l ed r y e r 3 7 5 2 3s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e rr i b b e dp l a t e 3 8 5 2 4s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e rs u s t a i n 3 8 5 2 5s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e rs t a n dr i n g 3 9 5 2 6s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e rs t i f f e n i n g r i n g 3 9 5 2 7s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e r r o l l i n gr i n g 4 0 5 2 8s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e rg e a rr i n g 4 1 5 2 9s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e rc y l i n d e r 4 l 5 2 10s t r e s si n t e n s i t ya n dlt hp r i n c i p a ls t r e s so ft h ed r y e rc y l i n d e ra tt h em i d d l e 4 2 5 2 1 1s t r e s si n t e n s i t yo f t h et u b e 4 2 5 2 1 2s t r e s si n t e n s i t yo f t h et u b es h e e t 4 3 5 3s t r e s si n t e n s i t ya n dd i s p l a c e m e n to f t h ed r y e ru n d e rl o a d3 ( d e s i g nl o a d ) 4 3 5 3 1d i s p l a c e m e n to f t h ew h o l ed r y e r 4 4 5 3 2s t r e s si n t e n s i t yo f t h ew h o l ed r y e r 4 5 5 3 3s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e rr i b b e dp l a t e 4 5 5 3 as t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e rs u s t a i n 4 6 5 3 5s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e rs t a n dr i n g 4 6 5 3 6s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e rs t i f f e n i n gr i n g 4 7 5 3 7s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e rr o l l i n gr i n g 4 7 5 3 8s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e rg e a r r i n g 4 8 5 3 9s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e rc y l i n d e r 4 9 5 3 1 0s t r e s si n t e n s i t ya n di t hp r i n c i p a ls t d e s so f t h eo r y e rc y l i n d e ra tt h em i d d l e 4 9 5 3 1 1s t r e s si n t e n s i t yo f t h et u b e 5 0 5 3 1 2s t r e s si n t e n s i t yo f t h et u b es h e e t 5 0 5 4s t r e s si n t e n s i t ya n dd i s p l a c e m e n to ft h ed r y e ru n d e rl o a d4 ( d a n g e r o u sl o a d ) 51 v t l i 北京化工大学硕士学位论文 5 a 1d i s p l a c e m e n to f t h ew h o l ed r y e r 5 l 5 4 2s t r e s si n t e n s i t yo f t h ew h o l ed r y e r 5 2 5 4 3s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e rr i b b e dp l a t e ”5 2 5 4 4s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e rs u s t a i n 5 3 5 4 5s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e rs t a n dr i n g 5 3 5 4 6s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e rs t i f f e n i n gr i n g 5 4 5 4 7s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e rr o l l i n gr i n g 5 4 5 a 8s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e rg e a rr i n g 5 5 5 4 9s t r e s si n t e n s i t yo f t h ed r y e rc y l i n d e r 5 6 5 4 1 0s t r e s si n t e n s i t ya n dl t hp r i n c i p a ls t r e s so f t h ed r y e rc y l i n d e ra tt h em i d d l e 5 6 5 a i is t r e s si n t e n s i t yo f t h et u b e 5 7 5 4 1 2s t r e s si n t e n s i t yo f t h et u b es h e e t 5 7 5 5c o m p a r i s o no fc a l c u l a t i o nr e s u l to ft h ed r y e ru n d e rd i f f e r e n tl o a dc a s e s 5 8 5 6c a l c u l a t i o n w i t h t h e t r a n d i t i o n a ld e s i g n m e t h o d t o t h e d r y e r 5 9 5 7c o m p a r i s o no fc a l c u l a t i o nr e s u l to ft h ed r y e rw i t hd i f f e r e n tw a l lt h i c k n e s su n d e r d i 丘i e r e n tl o a dc a s e s 6 6 5 8s u m m a r y 6 9 c h a p t e r6c o n c l u s i o n 6 9 r e f e r e n c e s 。”7 1 a p p e n d i x1d i s c u s s i o na b o u tt h ei n f l u e n c ew i t hp o i s s i o ne f f e c to n t u b e s i d ep r e s s u r e 。7 3 a p p e n d i x2 c a l c u l a t i o na n de x p l a n a t i o na b o u tt h ee q u i v a l e n te l a s t i c m o d u l u so f t u b es h e e tm a t e r i a l 。7 4 a c k n o w l e d g e m e n t - ， r e s e a r c hp r o d u c t i o na n d p a p e r s 7 8 a u t h o ra n dt u t o ri n t r o d u c t i o n 。7 9 i x 北京化工大学硕士学位论文 第一章概述 1 1 课题来源、项目名称 本课题来源于中国纺织工业设计院，内容是对其设计的p