做ASME設(shè)計(jì)項(xiàng)目的工程師都知道，ASME Ⅷ-1沒有提供完整的厚壁膨脹節(jié)設(shè)計(jì)方法，通常采用有限元分析設(shè)計(jì)。早先ASME的換熱器設(shè)計(jì)時(shí)按照TEMA進(jìn)行的，GB/T151的對(duì)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)其實(shí)就是TEMA，TEMA 8版僅提供厚壁膨脹節(jié)公式設(shè)計(jì)方法，薄壁膨脹節(jié)需要按照EJMA，到07年的第9版，TEMA放棄了原有的公式算法，改為有限元分析設(shè)計(jì)。ASME Ⅷ-1厚壁膨脹節(jié)的規(guī)定在強(qiáng)制附錄5和UHX-17，只有應(yīng)力限制要求，沒有應(yīng)力計(jì)算方法，薄壁膨脹節(jié)的規(guī)定在附錄26則有完整的一套設(shè)計(jì)公式。
做設(shè)計(jì)的都清楚，采用通用有限元軟件如ANSYS或者ABAQUS做應(yīng)力分析的效率比常規(guī)公式算法低很多，想提高效率必須要用專用程序，比如國產(chǎn)開孔接管有限元分析軟件NSAS分析完可以直接出報(bào)告，那么膨脹節(jié)有沒有專用有限元程序呢？有的，TEMA 9版發(fā)布的時(shí)候TEMA同時(shí)發(fā)布了殼體柔性元件有限元分析設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)程序Flanged and Flued Expansion Joint Evaluation Program，軟件是TEMA和PRG合作開發(fā)的，界面風(fēng)格和Nozzle/pro是一樣的，傻瓜式操作，畫圖黨最愛。購買只能找TEMA(http://www.tema.org/highlight10.asp，1600美元)，國內(nèi)無代理，個(gè)人純屬技術(shù)推薦，幾分鐘能做好的事情為什么要花幾個(gè)小時(shí)去做呢。最新的是10th的，本文介紹是基于TEMA 9th軟件的說明書。這個(gè)軟件可以計(jì)算膨脹節(jié)彈性剛度和塑性剛度（塑性剛度僅用于UHX-17）、膨脹節(jié)應(yīng)力分析校核和優(yōu)化設(shè)計(jì)。
PRG也有自己的膨脹節(jié)有限元分析模塊，可以跟PVelite結(jié)合使用；膨脹節(jié)應(yīng)力分析膨脹節(jié)波峰波谷不能采用UHX-17中的高許用應(yīng)力，只能按附錄5-3，設(shè)計(jì)載荷工況波峰波谷最大應(yīng)力限制值1.5S（附錄5-3）和3.0S（UHX-17）的差別，按附錄5-3很容易出現(xiàn)沒有熱膨脹的工況控制膨脹節(jié)波數(shù)，經(jīng)濟(jì)性差，讓人無語。COMPRESS倒是支持UHX-17，而且是標(biāo)配，不過COMPRESS在國內(nèi)普及率不如PVelite。不管是compress還是pvelite+nozzle pro膨脹節(jié)分析生成的計(jì)算書都不含單元，約束，載荷和應(yīng)力云圖等，只有表格這讓人認(rèn)可就有難度了。下面通過一些截圖對(duì)軟件做簡單介紹：
1. 軟件有2種單元二維平面單元和線體單元，前者用于正式的分析，后者用于快速分析，比如優(yōu)化設(shè)計(jì)。
2. ASME壁厚膨脹節(jié)典型的樣子如下所示，第3種就是咱們熟悉的壁厚膨脹節(jié)了，前兩種通常出現(xiàn)在帶導(dǎo)流筒的時(shí)候。
3. 膨脹節(jié)的位移和載荷邊界條件，其中的灰色矩形部分只是在求膨脹節(jié)剛度的時(shí)候用到，應(yīng)力分析時(shí)是沒有的。
4. 膨脹節(jié)的端部位移是由筒體軸向力/膨脹節(jié)剛度得到的，這個(gè)是TEMA9版的做法，跟ASME UHX-16，UHX-17不一致的，10版附錄A已經(jīng)更新了膨脹節(jié)位移算法。COMPRESS用的是始終是UHX-16，COMPRESS(直接嵌入了Nozzle Pro軟件)及PV elite+Nozzle Pro采用的是線單元。
5. 程序支持材料的非線性，這個(gè)主要用于求膨脹節(jié)的塑性剛度，真實(shí)材料會(huì)發(fā)生屈服嘛，這個(gè)剛度用在哪兒？UHX-17換熱器0剛度校核，用真實(shí)剛度替換掉0剛度，不過塑性剛度值跟位移量有關(guān)，這個(gè)可操作性其實(shí)不太好。
6. 膨脹節(jié)應(yīng)力線性化路徑的設(shè)置，與TEMA要求一致。
9. 應(yīng)力評(píng)定準(zhǔn)則有3種：ASME Ⅷ-1強(qiáng)制附錄5、UHX-17和ASMEⅧ-2 PART 5。ASME Ⅷ-1強(qiáng)制附錄5太保守了，經(jīng)濟(jì)性太差，用UHX-17會(huì)好很多，但是仍然趕不上GB/T16749（奧氏體相材料強(qiáng)度不過，疲勞通過即可；對(duì)此持一定的保留看法，以前發(fā)過文章談?wù)撨^這個(gè)問題）。
10. 優(yōu)化設(shè)計(jì)，膨脹節(jié)的成本跟模具關(guān)系很大，所以這個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)際上還有考慮模具的情況。
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