[发明专利]一种板翅式换热器的蠕变疲劳强度设计方法

摘要

一种板翅式换热器的蠕变疲劳强度设计方法，属于换热器技术领域。根据服役要求对板翅式换热器进行初步设计，再对板翅式换热器进行一次应力评定，计算满足许用应力要求的板翅式换热器芯体的等效力学参数和等效热物性参数，以此为基础对板翅式换热器进行热疲劳分析，再计算板翅式换热器的疲劳寿命和蠕变寿命，实现高温服役板翅式换热器的综合设计。本板翅式换热器的蠕变疲劳强度设计方法解决了板翅式换热器由于复杂的周期性结构而无法直接运用有限元软件进行高温强度设计的问题，为板翅式换热器的高温强度设计提供了理论基础，从而对在高温、交变载荷下服役的板翅式换热器进行有效的寿命预测，为板翅式换热器的高温设计提供了有效的方法。

主权项

一种板翅式换热器的蠕变疲劳强度设计方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1，根据设计温度、设计压力要求对板翅式换热器结构进行初步设计，并明确板翅式换热器的工作温度、运行循环次数以及服役寿命；步骤2，通过有限元软件进行板翅结构一次应力分析，确定应力集中部位，并确定许用应力；步骤3，判断应力集中部位的应力水平是否满足如下条件：；；其中，为一次薄膜应力，为局部薄膜应力，为一次弯曲应力，为与时间有关的许用应力，的取值范围为1.05~1.16；若满足条件，则执行步骤4；若一次应力评定不满足条件，则改变板翅式换热器芯体的结构、板材厚度，返回步骤2；步骤4，在服役环境下，对板翅结构进行蠕变断裂实验和疲劳实验，对老化母材进行蠕变断裂实验和疲劳实验，计算应力放大系数和应变放大系数，并根据实验结果对母材的疲劳设计曲线和蠕变断裂设计曲线进行修正；，，其中，、分别为相同蠕变断裂时间下母材和板翅结构的蠕变断裂强度，、分别为相同疲劳寿命下母材和板翅结构的宏观应变范围；步骤5，获取板翅结构的等效力学参数和等效热物性参数，从而对板翅式换热器进行热疲劳有限元分析，得出板翅式换热器芯体沿高度方向的宏观应力的时间历程，计算钎角处总应变，，其中，为由一次应力分析所得应力范围得出的应变范围；为热疲劳分析所得宏观应力的最大值与最小值的差值与板翅式换热器芯体高度方向弹性模量的比值；步骤6，计算板翅式换热器芯体的疲劳损伤和蠕变损伤，，其中，为疲劳周期数，为修正后的疲劳设计曲线上，应变范围为ε时对应的疲劳寿命；，其中，为疲劳周期数，为应变保持时间，为t时刻的宏观应力，为修正后的蠕变断裂设计曲线上，应力为σ时对应的蠕变断裂寿命；步骤7，如果小于1，则执行步骤8；如果大于等于1，则执行步骤1；步骤8，板翅式换热器设计完成。