1.3 平面弹性管束固有特性数值计算

1.3.1 几何模型及参数

参照图1-3所示结构形式，利用ANSYS软件构建平面弹性管束的结构三维实体模型，管束部分的材料为铜，连接体材料为Q235，两种材料的相关材料属性及结构尺寸见表1-2和表1-3。

表1-2 平面弹性管束的材料属性

表1-3 平面弹性管束的结构尺寸

在ANSYS中建立平面弹性管束有限元模型时，铜管壁厚较小，选用板壳单元Shell93建模，连接体结构相对厚度较大，选用六面体实体单元Solid45建模。由于弹性管束在A、B两端与管程进、出水管之间采用螺纹连接，并辅设有钢制接头，对管束起到支撑加固作用，可看作近似于刚性连接。因此，设置边界条件时，对A、B两端面采用固支边界条件，划分网格得到的有限元模型如图1-9所示。

图1-9 平面弹性管束结构的有限元模型

在平面弹性管束计算实例选择上，根据工程实际中已有管束尺寸，管束外径分别选择10mm、7mm和4mm，管束壁厚分别为1.5mm、1.5mm和1mm，对于以上三种外径管束，在壳体外径分别为300mm和500mm（壳体壁厚都取为10mm）的两种换热器下，分别确定传热元件四根管束的弯曲半径R₁、R₂、R₃、R₄以及两个连接体的尺寸（见表1-4），计算六种平面弹性管束的固有特性。

表1-4 六种平面弹性管束结构的具体尺寸参数（单位：mm）