盖超会，肖 健，谢小恒，刘 慧

（1. 武汉软件工程职业学院， 湖北 武汉 430074； 2. 武汉工程大学， 湖北 武汉 430074）

固定管板式换热器是应用非常广泛的管壳式换热器，法兰是其最主要的承压元件之一。常规的计算方法是根据弹性薄壳理论，采用比较简单的公式、曲线及图表进行设计计算。没有考虑壳体法兰上各点的温度差引起的应力，同时还受到换热器规模的限制[1]。

近年来，有限元技术的发展迅速，特别是一些商用软件水平的不断提高，使得工程设计更加科学合理成为可能。ANSYS软件是目前国际流行的融结构、流体、传热、电磁、声等于一体的大型通用有限元分析软件。本文基于ANSYS软件，对工程应用中固定管板式换热器的法兰进行热应力、机械与温度耦合应力进行研究，并对之进行应力评定分析[2]。壳体法兰的分析源于实际项目换热器分析设计。

1 壳体法兰数值模拟

本文所研究壳体法兰的材料为 SA-516M485。材料主要物理特性参数如表1所示。

1.1 建立壳体法兰有限元模型

壳体法兰直接焊接在壳体上，故建模时可以认为壳体法兰与壳体是一体，不考虑接触关系。根据边缘效应的影响长度公式：约为 238 mm，壳体须保留一定的外伸长度，对于该模型，取壳体相对于壳体后法兰的外伸长度500 mm。依据圣维南原理，可以忽略局部连接和边界壳体应力的影响对壳体法兰轴向刚度的影响[3]。

表1 材料主要物理特性参数Table 1 The Main Physical Properties Parameters of Material

为了尽可能真实模拟实体结构，在结构分析时，使用20节点三维实体单元SOLID95进行分析；……