锅炉结构有限元分析

本书主要阐述如何更好地使用有限元分析软件（ANSYS、ALGOR）来解决锅炉结构工程问题。对有限元的基本理论只进行简单概括，重点在于如何应用软件来进行工程分析。书中所列举的大量案例均来自工程实际，有较强的实用性。

本书适用于从事锅炉研究、设计开发和检验的工程技术人员以及高等院校相关专业研究生、本科生，也可供有限元分析的初学者、专业分析人员、科研人员参考。

王泽军，天津市特种设备监督检验技术研究院总工程师，教授级高级工程师，承压类特种设备高级检验师；从事锅炉、压力容器等特种设备检验、技术分析和相关研究工作多年，有丰富的实践经验。

本书既不是论述有限元理论，也不是专门讲述锅炉结构问题，而是重点介绍如何更好 地使用有限元这个工具来解决锅炉结构工程问题。

第一章　有限元法概论

第一节　有限元的基本概念

第二节　弹性力学有限元法

一、弹性力学基本方程

二、单元列式

三、总体刚度矩阵与求解

第三节　ANSYS有限元分析软件简介

一、ANSYS的组成

二、ANSYS的技术特点

三、ANSYS的基本功能

四、ANSYS的高级功能

五、ANSYS的操作界面

第四节　ALGOR有限元分析软件简介

一、ALGOR软件的发展历史

二、ALGOR软件的分析功能

三、ALGOR软件的结构

第五节　其他有限元分析软件

参考文献

第二章　分析模型与求解

第一节　概述

第二节　模型策划

一、环境分离

二、对称性研究

三、重点考察部位的选取

四、细节　结构的考虑与舍弃

五、工况分析

六、材料数据与材料分组

七、单元选择

八、解题规模预测

九、文献资料检索

十、不连续结构的处理方法

第三节　分析模型的建立和改进

一、单位制

二、建模方法

三、网格划分

四、载荷考虑与施加

五、约束条件

六、模型检查

七、模型求解

八、试算结果考察

第四节　网格划分与结果的收敛性

第五节　尖角问题的处理

一、圆筒平盖问题

二、错边问题

三、开孔接管问题

四、热点应力

五、大型模型中尖角位置的应力求取方法

第六节　结果分析

一、变形观察

二、应力等值显示

三、应变观察

四、支承反力（约束反力）

五、路径操作

六、彩****像输出

七、黑白图像输出

八、结果文本列表

第七节　ANSYS求解线弹性问题示例

一、问题描述

二、定义工作文件名和工作标题

三、定义单元类型和材料属性

四、创建几何模型

五、生成有限元网格

六、施加载荷并求解

七、浏览计算结果

八、以扩展方式显示计算结果

九、以曲线形式显示孔边应力强度分布

十、网格局部细化并重新计算

第八节　ALGOR求解线弹性问题示例

一、问题描述

二、建立模型的几何文件

三、将Superdraw Ⅲ文件转化为有限元模型

四、用Superview检查模型

五、计算并观察结果

六、网格细化并重新计算

参考文献

第三章　强度评定与分析报告

第一节　强度与强度条件

第二节　强度理论

一、强度理论的概念

二、材料的两种破坏形式

三、四个基本的强度理论

第三节　应力分类与强度评定

一、一次应力（primary stress）

二、二次应力（secondary stress）

三、峰值应力（peak stress）

四、分类应力的强度评定

第四节　应力沿路径的线性化

一、应力线性化的一般公式

二、线性化显式表达式

三、商用软件中的线性化原理

四、路径上分段点应力计算方法

第五节　分析报告

一、分析报告封面

二、报告正文

三、报告附件、附录

参考文献

第四章　开孔接管分析

第一节　概述

第二节　建立分析模型的一般考虑

第三节　模型收敛性分析

第四节　法兰的影响

第五节　接管外伸长度影响

第六节　贴板补强处理方法

第七节　密封垫片处理

第八节　算例（一）——汽包翻边下降管结构分析

一、分析模型

二、分析结果与评定

第九节　算例（二）——集汽集箱蒸汽出口应力分析

一、分析模型

二、分析结果与评定

第十节　算例（三）——椭圆人孔应力分析

一、分析模型

二、分析结果与评定

三、讨论

参考文献

第五章　管板应力分析

第一节　管板的结构和承载特点

第二节　管板理论与研究概况

一、当量实心板理论

二、光板弯曲理论

第三节　管子对管板的作用

一、管子的弹性支撑作用

二、管子的开孔补强作用

三、管壳热膨胀差的考虑方法

第四节　管板有限元分析模型与对比

一、分析模型

二、分析模型

三、分析模型

四、分析模型

五、模型对比与分析

六、温差载荷作用下的分析与对比

七、工程应用中的其他问题

参考文献

第六章　结构的屈曲分析

第一节　屈曲的基本概念

一、失稳形式

二、临界压力计算

第二节　屈曲分析的有限元法

一、线性屈曲分析简例

二、屈曲有限元分析的类型

三、屈曲问题有限元分析的一般步骤

第三节　炉胆屈曲的有限元分析

一、特征值计算结果及对比分析

二、几何非线性计算结果

三、几何/材料非线性计算结果

四、结果讨论与对比

附：炉胆屈曲分析命令流文件清单

第四节　椭圆度对炉胆屈曲临界载荷的影响初步分析

第五节　工程应用中应注意的问题

参考文献

第七章　热传导与热应力分析

第一节　引言

第二节　热量传递的三种方式

一、热传导

二、对流

三、热辐射

第三节　热传导问题的基本方程

第四节　热传导问题有限元法

一、稳态热传导有限元的一般格式

二、瞬态热传导有限元的一般格式

第五节　热应力分析的有限元方法

第六节　热传导/热应力有限元分析中的若干问题

一、热分析中的其他材料性质

二、热载荷的种类

三、热分析的种类及一般步骤

四、热应力分析的几种方法

五、ANSYS软件中的热分析及热分析/热应力耦合单元

第七节　锅炉给水管的温度场与热应力分析

一、数据准备

二、连续给水时的温度场和热应力场

三、min间断给水时的温度场和热应力场

附：瞬态分析命令流文件

参考文献

第八章　综合应用案例

第一节　一台进口异型锅炉的强度分析

一、锅炉结构和参数

二、有限元分析模型

三、计算结果与分析

四、结论

第二节　T形接头的强度分析与疲劳寿命预测

一、分析模型

二、分析结果及准确性考察

三、静强度校核

四、疲劳寿命预测

参考文献 2100433B