圆孔对法兰温度场和应力场影响的有限元分析

借助Ansys有限元分析软件,对法兰加热过程进行了有限元模拟,研究了加热过程中的热边界条件,分析了温度场和应变场的分布及其变化。对比不开孔和开孔的法兰在升温过程的温度分布情况,结果表明它们的温度分布场不同。分析结果对于掌握法兰结构的加热过程温度变化、分析残余应力具有实际指导意义。

3叶拭 22第 5第期 0年 2卷 4 1El cr ni c . Te h. e to c S i& c/Ap .1 r 5. 2 2 01

圆孔对法兰温度场和应力场影响的有限元分析刘文清(湖南文理学院机械工程学院，湖南常德 45 0 ) 10 0

摘

要

借助 A ss限元分析软件，对法兰加热过程进行了有限元模拟，研究了加热过程中的热边界条件，分 ny有

析了温度场和应变场的分布及其变化。对比不开孔和开孔的法兰在升温过程的温度分布情况，结果表明它们的温度分布场不同。分析结果对于掌握法兰结构的加热过程温度变化、分析残余应力具有实际指导意义。关键词有限元模拟；温度场；热边界 T 3 5 1 G 3 .7文献标识码 A 文章编号 10 7 2 ( 02 0 0 1— 2 0 7— 80 2 1 )4— 4 0中图分类号

Fi t e e tAna y i ft f c f Ci ce n Te p r t e nie El m n l ss o he Efe to r l so m e a ur Fil n t e s Fi l fFl ng s eds a d S r s eds o a eLI W e q n U n ig

( e at n fMe h nc l n ie r g D pr me t c a ia E gn ei,Hu a nv ri fA t S in e h n d 0 0,C ia o n n nU i s yo r e t s& ce c,C a g e4 0 1 5 hn )Absr c T e tmp r tr ed o a g u n e t gp o e si n lz d b s ss f r . T eb a rn— ta t h e ea u ef l ff n ed r gh ai rc s sa ay e yAn y o wae i l i n t h e tta s frb u d￣ c n iin i su id, a d t ed srb to n h n eo e eau efed i h e tn r c s r r— e o n a o d t s t d e o n h iti uin a d c a g ftmp rt r l n t eh aig p o e saea a i i lz d T e tmp rt r iti uin ff n e t n to tcr lsa ec mp r d T er s l s o h tt etm— y e . h e e au e d srb to so l g swi a d wi u ic

e r o ae . h e u t h wsta h e a h h p rt r itiu in n te s dsrb to sae d f rn, whc rvd s p a t a ee e c o h e t g c n rl e au e dsr to sa d sr s itiu in r i e e t b f ih p o ie r ci lrfr n e frt e h ai o to c n

a d t e a ay i o h e iu lsr s n fa g s n h n lss ft e rsd a te s i n e . lKe wo ds fnt l me tsmu ain; tmpeau e f l y r i i ee n i lt e o e rt r ed; h a rn frb u d￣ c n io i e tta se o n a o dt n i

法兰在加热过程中，温度场是重要的物理参数，很多法兰需要在中间开孑，这些孑将直接影响法兰的 L而 L

时间而变，内部具有热源时的 Fu e导热微分方程，并且 or r i 可以根据 F ui定律，能量守恒原则推导得到… or r e运用

内部残余应力的大小和分布。文中采用 A ss析软 ny分件对法兰加热过程中温度场进行分析，了解法兰加以热过程中温度场和应力场分布及其变化规律。

A磐+ ) O㈩\ + t ( y窘 l 窘+ 0 g 0 /式中，内热源得热流密度/ q为 W m~;温度/; T为℃ t为过程进行的时间/; sp为材料密度/ g k m~, A为导

1加热过程的热传导方程 () 1热传导基本方程。众所周知，固体热传导的控制方程是 F u e导热方程， or r i一般隋况下，即考虑物体温度随

热系数/ (n ) C为材料定压比热/ W i℃~; J k o。; 2 5材料的比热和导热系数如表 1 ( g C)。Q 1 所示 _, 2材料密度为 78 0k 1~。 J 4 g 1 3 .

表 1 Q1 25材料的比热和导热系数

( )始条件的确定。热传导温度场的计算中， 2初 初始条件为T,,,= )=T ( Y ( YZ t 0 o,,) () 2

( )界条件的确定。传热问题中，字钢与环 3边工

境之间的对流属于传热学巾的第三类边界条件：物指体与其相接触的流体介质间

的对流换热系数和介质温度为已知，其表达式如式 ( )示。 3所一

其中，o,,表示 t V ( Y )=0时的温度分布状态。工字型钢结构初始温度视为均匀温度场，取初始温度为选2 C 5 q

A

ol ( t:一 ) n

( 3 )

收稿日 21—11期： 01— 1 8作者简介：刘文清 ( 9 4 ) 16一，女，高级实验师。研究方向：

2模拟结果及分析 () 1温度场的比较。从图中可以得到结论： ) 1法兰Ok - i i n Kej —— 4 1

机械系统设计建模与仿真。