某項目中，遇到了一臺U型管板換熱器，僅管板上半部分有換熱管。

按照GB/T151的對于管板計算章節(jié)，對于管板計算方法適用范圍，以及計算方法的力學模型都有詳細解釋。

對于部分布管的換熱器管板，規(guī)范是不適用的。

管板與換熱管的設計按照GB150.1~150.4-2011標準進行設計、制造、檢驗與驗收，但是由于管板上的換熱管布置為非對稱布管，不具有均勻密集開孔，且管板周邊布管區(qū)無量綱寬度k>1，與GB/T 151-2014的U形管板的常規(guī)計算不符。為了確保結構的安全性，采用有限元法分析管板與換熱管連接結構的詳細應力。

模型簡化：

考慮到結構的形式為U型管換熱器，設備管殼程材料為S30408，設計溫度為殼程為98°C，管程為167°C。設計壓力殼程為0.5，管程為1.0。設計壓力和溫度均不苛刻。在分析管板與換熱管連接區(qū)域應力時，只需要對其在機械載荷作用下進行應力強度校核即可。無需考慮溫差應力對于管板的影響。在建模時，考慮結構的對稱性，建立1/2管板和換熱管模型，減少計算量。

由于U型管板的換熱管并沒有像固定管板一樣有熱膨脹位移限制，所以只需考慮換熱管的削弱作用，所以只需要建200mm長即可。

在進行有限元分析時，考慮管板的管程側的隔板槽深度6mm和殼程側的凸臺高度6mm，管板計算時去除隔板槽深以及凸臺高度，建模厚度按照42mm。劃分網格時，采用20節(jié)點的Solid186高階單元。為了確保求解結果快速收斂，所有體均采用六面體網格劃分。在求解過程中，不斷對網格進行細化，直至求解結果基本保持不變。

劃分網格

邊界條件

管板在一側表面施加可能出現的最大的壓力，負壓時考慮壓差，均為正壓則考慮壓力大者。

經過計算得到管板的應力分布：

對管板進行應力線性化

U型管板最大彎曲應力一般出現在中間，所以將中間評定一下。

最大應力點的位置可能在不連續(xù)的邊緣處，在最大點位置截面也進行線性化評定，經過評定結果為合格。

U型管板的厚度一般是有“上限”的，上限的意思是，U型管板換熱器是一個possible的結構。不似固定管板換熱器，有時候壓力和溫差應力都很大，無論你怎么調整，換熱器都無法計算通過，固定管板這種結構就不可行，固定管板有些工況可能是impossible，必須要換結構。

只要你愿意，U型管板可以通過加厚管板厚度，降低管板的應力。即使沒有有限元的工具，U型管板根據工程經驗，也可以估計出管板的厚度上下限。

比如這個管板，是一個非均勻布管的管板，k>1，在各種商業(yè)常規(guī)計算軟件中無法計算。那么可以采用如下幾種方法，得到可以供參考的管板厚度：

1. 在常規(guī)計算軟件，如SW6中，不斷加大管子數量，使得k剛好略小于1，此時獲得一個管板的厚度t1。

2. 在SW6中，按照2倍換熱管計算滿布管時的管板厚度t2。

3. 按照周邊簡支圓平板公式計算圓平板厚度t3。

一般來說管板厚度基本上就是在t1到t3之間。如果直徑較小，t3算出來也不大。選擇t3作為管板厚度，那么強度上基本不會有問題。