某項(xiàng)目中的反應(yīng)器，直徑達(dá)到7600，設(shè)計(jì)溫度620°C，催化劑支撐梁采用T型梁，經(jīng)過(guò)計(jì)算需要80厚650高（計(jì)算方法就是昨天的文章）。T型梁間隔800跨中均布。

其中中間的梁跨距最長(zhǎng)，且承受的載荷最大。梁用牛腿支撐，牛腿支撐尺寸如下：

其中正中的支撐梁所受的載荷最大，為30噸。每個(gè)牛腿所受的載荷為15噸。牛腿側(cè)承載面積（172長(zhǎng)*50寬）為8600mm2，其載荷為17.44 MPa。在牛腿正下方，有管口N8。其尺寸為下圖所示：

為了核算支撐牛腿的局部載荷以及對(duì)N8管口的影響，對(duì)此結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的溫度場(chǎng)分析和應(yīng)力場(chǎng)耦合分析。

在對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模時(shí)，考慮腐蝕裕量1mm。在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，采用六面體網(wǎng)格，不斷對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化，直至結(jié)構(gòu)求解的應(yīng)力基本保持不變。熱單元采用了Solid90單元，在進(jìn)行熱-結(jié)構(gòu)耦合分析時(shí)采用了三維高階單元Solid186單元。

整體結(jié)構(gòu)三維模型

局部結(jié)構(gòu)三維模型

整體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分

局部結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分

在反應(yīng)器的內(nèi)壁施加固定溫度580℃；在反應(yīng)器外壁施加等效對(duì)流換熱系數(shù)0.90 W/(m2·℃)，環(huán)境溫度設(shè)置為20℃；N8接管的套筒進(jìn)入介質(zhì)的溫度為20℃，詳細(xì)的溫度邊界條件施加如圖

溫度場(chǎng)求解的邊界條件

整體溫度場(chǎng)分布云圖

接管N8帶保溫材料的溫度場(chǎng)分布云圖

接管N8溫度場(chǎng)分布云圖

在進(jìn)行熱-機(jī)械載荷耦合分析時(shí)，先讀入溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果，然后刪除保溫材料和內(nèi)襯接管，最后再進(jìn)行機(jī)械載荷的設(shè)置，機(jī)械載荷條件為：①在設(shè)備內(nèi)表面施加均布內(nèi)壓0.35MPa；②在XY平面分別施加對(duì)稱(chēng)約束；③在筒體下表面施加Z方向位移約束為0；④在筒體上表面施加等效載荷，24.83MPa；⑤在N8接管端面施加等效載荷，1.82Mpa；⑥在牛腿上的支承面上施加均布載荷，載荷值為： 17.44+0.35=17.79MPa。

載荷與邊界條件

載荷與邊界條件（局部放大）

下圖分別給出了結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力分布云圖，從圖中可以看出結(jié)構(gòu)的最大等效應(yīng)力發(fā)生在牛腿與殼體連接的區(qū)域，且最大值為148.094 MPa；N8接管的最大等效應(yīng)力為123.142 MPa，發(fā)生在接管的根部。

整體結(jié)構(gòu)等效應(yīng)力分布云圖

牛腿等效應(yīng)力分布云圖

N8接管等效應(yīng)力分布云圖

評(píng)定路徑：

牛腿路徑位置示意圖

接管路徑位置示意圖

牛腿與接管中間位置示意圖

通過(guò)有限元對(duì)牛腿結(jié)構(gòu)進(jìn)行了熱-機(jī)械載荷耦合分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)牛腿下部的支撐結(jié)構(gòu)與殼體連接區(qū)域的應(yīng)力值較大（路徑3），并沿最大點(diǎn)通過(guò)殼體厚度方向進(jìn)行應(yīng)力線性化，發(fā)現(xiàn)應(yīng)力強(qiáng)度無(wú)法滿(mǎn)足JB4732-1995(2005年確認(rèn)）強(qiáng)度要求；支撐梁的板中間（線性化路徑6）的彎曲應(yīng)力按照一次彎曲應(yīng)力評(píng)定也無(wú)法通過(guò)強(qiáng)度評(píng)定。

優(yōu)化：

鑒于牛腿下部筋板最下端與筒體連接處的應(yīng)力值最大，所以希望通過(guò)加長(zhǎng)筋板使得計(jì)算通過(guò)。支撐梁的板應(yīng)力過(guò)大，所以將其厚度36改為40mm。

最大應(yīng)力由原來(lái)的148MPa降低到120MPa。

牛腿等效應(yīng)力分布圖

通過(guò)計(jì)算，評(píng)定合格。

在設(shè)計(jì)之初，牛腿改過(guò)多個(gè)版本：

1. 首先根據(jù)載荷，按照材料力學(xué)的方法計(jì)算其牛腿的主要尺寸。根據(jù)載荷計(jì)算牛腿給設(shè)備的局部應(yīng)力，然后用WRC107矩形附件模塊核算。以此確定大致厚度是否合適。

2. 最初是普通的一塊平板，2個(gè)筋板，如同倒放的耳座。經(jīng)過(guò)分析計(jì)算，無(wú)論怎么評(píng)定，都無(wú)法通過(guò)。

3. 后來(lái)通過(guò)調(diào)整筋板形狀，增加上筋板，獲得牛腿的結(jié)果。

4. 由于N8距離筋板較近，為了綜合評(píng)估牛腿對(duì)于管口N8的影響，所以與N8管口一起建模計(jì)算。

5. 機(jī)械場(chǎng)計(jì)算合格后，由于N8口有內(nèi)部保溫結(jié)構(gòu)，所以還計(jì)算一下溫度場(chǎng)。經(jīng)過(guò)計(jì)算，與機(jī)械載荷的應(yīng)力對(duì)比，對(duì)牛腿影響較小，對(duì)管口有一定的影響，應(yīng)力有稍許上升。

6. 由于評(píng)定不通過(guò)，不斷調(diào)整筋板長(zhǎng)度，牛腿平板厚度，與接管N8距離，使得計(jì)算通過(guò)，達(dá)到一個(gè)比較合理的結(jié)果。經(jīng)過(guò)調(diào)整，有稍許經(jīng)驗(yàn)，即筋板盡可能的緩慢的延伸到筒體壁上，使得筒體的局部不發(fā)生大的突變，降低局部應(yīng)力，并不是筋板材料越多越好。

7. 為了驗(yàn)證其可靠性，兩人分別建模，各自單獨(dú)計(jì)算，得到線性化結(jié)果只相差1MPa?？梢哉f(shuō)比較接近。

對(duì)于特殊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以通過(guò)傳統(tǒng)手段預(yù)估算以及分析設(shè)計(jì)的數(shù)值模擬，優(yōu)化，不同邊界條件，多人核算，設(shè)計(jì)出比較合理的結(jié)構(gòu)。

完成設(shè)計(jì)后，我只想唱：

沒(méi)那么簡(jiǎn)單，就能找到合格的方案，尤其是在經(jīng)過(guò)了那么多的修改，總是不安，只好強(qiáng)悍，誰(shuí)謀殺了我的耐煩~~