ANSYS模拟分析：矿用净水球罐热结构耦合与残余应力

"基于ANSYS的矿用净水球罐热结构耦合分析" 本文主要探讨了如何利用ANSYS有限元分析软件来研究热载荷对矿用净水球罐罐体应力分布的影响。在矿井作业中，净水球罐作为重要的水处理设备，其安全性至关重要。文章指出，由于焊接过程中产生的热载荷，会导致球罐内部产生残余应力，这可能影响设备的长期稳定性和安全性。 首先，作者利用ANSYS的经典编程环境建立了一个详细的净水球罐对接环焊缝的计算模型。这个模型能够模拟球罐在实际焊接过程中的温度变化和应力分布情况。通过数值模拟，可以精确地分析焊接过程中球罐各部位的温度场，从而进一步理解热载荷如何影响罐体结构。 在温度场分析中，研究发现焊缝区域的温度变化显著，特别是在焊料与母材结合处，温度达到最高。这种温度变化会导致材料的热膨胀和收缩，进而产生应力。 接着，文章重点讨论了应力场的分析结果。在球罐外表面，焊料与母材的结合处产生了最大的经向残余应力，达到510 MPa。而在球罐内表面，纬向的应力峰值出现在焊缝中心，而两向残余应力的最大值出现在赤道位置，但都小于420 MPa。这些应力分布情况揭示了球罐内部可能存在应力集中区域，如果不妥善处理，可能会导致疲劳裂纹的形成，影响设备的使用寿命和安全性。 为了减少这些残余应力，文章建议在设计和制造过程中采取适当的预热、冷却策略以及焊接工艺优化。例如，采用分段焊接、逐步冷却的方法可以有效缓解局部的应力集中，从而提高球罐的整体稳定性。 此外，该研究对于理解和改进矿用净水球罐的结构设计具有指导意义。通过热结构耦合分析，工程师可以更准确地预测和控制焊接过程中的应力分布，为优化设计提供依据，确保设备在极端工况下的安全运行。 这项工作展示了ANSYS在解决实际工程问题中的强大能力，特别是在热力学和结构力学的耦合分析方面。通过对矿用净水球罐热结构耦合的深入研究，不仅有助于提高设备的安全性，也有助于推动相关领域的技术进步。