有限元法在化工管道应力分析中的应用探讨

2017-03-03张鸿达北京华福工程有限公司武汉分公司湖北武汉430223

化工管理 2017年27期

关键词：有限元法化工有限元

张鸿达（北京华福工程有限公司武汉分公司，湖北武汉 430223）

有限元法在化工管道应力分析中的应用探讨

张鸿达（北京华福工程有限公司武汉分公司，湖北武汉 430223）

随着工业化的高速发展，在各类物料运输的环节中，化工管道得到了广泛的应用。本文通过分析有限元法应用在华工管道应力的分析中，在一定程度上完善了化工管道的质量。

化工管道；有限元法；应力分析

在进行化工管道焊接的环节中，通常情况下都是采用熔化焊接的方式，在对木材和旱材进行高温处理后，会产生熔池，熔池在冷却后，会产生结晶，使原子和原子之间结合气啦，管道在高温的条件下会产生大量的残余应力，在受到一定的束缚后，管道不能产生形变，因此管道的应力也不能很好的得到释放，但是管道如果发生了屈曲后，就会直接导致破坏的产生。管到的泄露会导致环境的污染，也会产生严重的资源浪费的情况。随着计算机技术的广泛应用，有限元法得到了应用，采用有限元法分析化工管道焊接接头残余应力意义重大。

1 化工管道

1.1 化工管道的特点

在化工行业，化工管道得到广泛的应用，在石油和天然气的运输中，管道的用途广泛。管道根据用途的不同，也被分成不同的类型，现在，不同的化工管道都是采用焊接的技术制作。然是管道在焊接的环节中，由于加热不均匀，或者冷却方式不对，就会导致管道出现热胀冷缩的问题，在管道的内部会产生很大的残余应力，其对管道的强度和刚度产生很大的影响，也会导致管道的稳定性的下降，长时间会导致管道产生严重的变形的问题。

1.2 化工管道的设计优化

早在二十世纪五十年代，当时就采用最优化的数学方法进行应力的分析，结合了各类线性规划和非线性规划的问题。在进行机械设计的环节中，应该采用优化设计的方式，在一定的工作条件下，要对机械的性能和尺寸进行设计，还要分析外界环境对机械运行的影响，从而达到设计的目的。在进行变量选取的环节中，应该通过对自变量和因变量的分析，建立起目标函数，从而获得最佳值。在进行变量和目标函数设计的环节中，完善空间设计。

近年来，随着电子计算机技术的高速发展，机械设计领域实现了高速的变革，计算机辅助设计等技术得到了广泛的应用，有限元法已经形成了一个独立的学科。化工生产的过程非常的复杂，化工机械是一类常见的机械设备，在设计的环节中，除了要遵循机械设计的共性特征，而且还要分析设计的特殊性，在设计的过程中，要面对不同的参数，其难度非常大。

2 有限元法

2.1 有限元法的简介

有限元法在实际的应用中，主要是采用有限元分析的方式，可以对偏微方程进行求解，是一类常见的数值方法。近年来，大量的研究针对优先单元，这种方法逐渐的被工业领域接受。有限元法主要采用了变分原理和加权余量的方法，将一个结构分成不同的组合体，将这些组合体分成不同的单元，科学的选择节点，从而可以建立函数，将微分方程中的变量转化成各个变量和其他的倒数的节点值，从而运用函数的方式进行线性表达，通过加权余量的方式，对方程进行离散求解。在对各项权重进行分析的环节中，应该采用权函数和插值函数结合的方式，从而形成科学的有限元的方法。由于有限元法的通用性非常强，其在工程领域的应用非常的广泛，如今，计算机技术实现了高速的发展，有限元法成为计算机辅助技术的重要代表，在数值的仿真中发挥的作用非常的明显。

2.2 在化工管道中采用有限元法

如今，有限元法在化工管道中的应用非常的广泛，可以对化工管道所承受的应力进行分析，在化工管道应用的环节中，进行热分析，并且对化工管道起到良好的保护的效果，进行管道的漏磁检测。

在一些化工行业起步比较早的发达国家，很多化工企业都采用科学的实验数据的方式，采用实验的方式对相关的理论进行分析，而且形成了非常全面的数据，设计规范也非常的全面。在化工管道的检测中，主要结合了温度场、刚度、强度的分析，提高了化工管道的抗腐蚀能力，结合了漏磁检测。

近年来，我国也对化工管道进行了研究，大量的研究工作取得新的进展。采用有限元法对化工管道进行保护，运用软件对化工管道的保温过程进行热分析，从而在化工管道保温的环节中，可以防止各类损失的产生。采用有限元法对化工管道承受的压力进行分析，分析小尺寸的缺陷对管道应力产生的影响，从而找到规律。对管道的热应力进行有限元的分析，从而使应力的分布呈现出一定的规律性。还能对管道的腐蚀情况进行分析，防止大量的腐蚀问题产生。由于受到计算机软件和相关技术的限制，化工管道在制作中同样会受到材料的影响，应该采用有限元法，对管道的设计和制作进行优化。