KFUPM ePrints

Analytical and finite element investigation of initial clearance effect on tube-to-tubesheet joint strength

Al-Zayer, Ali Dhaif (2001) Analytical and finite element investigation of initial clearance effect on tube-to-tubesheet joint strength. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF
3951Kb

Arabic Abstract

تثبت غالبا وصلات الأنابيب بالصفائح في المبدلات الحرارية بواسطة التوسيع , وتجري معظم عمليات التوسيع بواسطة الدلفنة . ولكن افترض الباحثون الضغط المنتظم بدلا من الدلفنة لدراسة قوة الوصلات ، كما افترضوا أيضا عدم وجود أي خلوص قطري أولي ومواد مثالية اللدونة لتبسيط التحليل حيث أن قوة الوصلات تتأثر بعوامل كثيرة مثل طريقة الوصل ، خواص المواد ، الشكل والمقاس . في هذا البحث ، تم تطبيق تحليل العنصر المحدود على ثلاثة نماذج : متماثل محوري ، إجهاد مستوى وانفعال مستوى لدراسة تأثير الخلوص القطري الأولي ومستوى التقسية الانفعالي على الضغط التلامسي المتخلف بين الأنابيب وثقوب الصفائح بعد توسيع الأنابيب بواسطة الضغط المنتظم . أظهرت النتائج أن الخلوص القطري يؤثر سلباً في قوة الوصلات وأن هذا التأثير يزداد مع زيادة مستوى التقسية الانفعالي للأنابيب . تم اقتراح معادلة عملية لحساب عامل الخفض بسبب الخلوص القطري الأولي ومستوى التنفسية الانفعالي للأنابيب والتي يمكن استخدامها مع المعادلات المطروحة في الدراسات المنشورة لحساب الضغط التلامسي المتخلف . تم أيضاً اقتراح معادلات أخرى لحساب الإزاحة القطرية لأسطح الأنابيب الداخلية والخارجية والتي يمكن من خلالهما حساب مستوى الخفض في جدار الأنابيب ومستوى ترقيق الأنابيب . بالإضافة إلى ذلك ، تم مقارنة نتائج تحليل العنصر المحدود مع نتائج التجربة التي أجريت على أنابيب تم توسيعها في صفائح مربعة تحوي تسعة ثقوب بواسطة الدلفنة والتي أظهرت أن قوة الوصلات لم تتأثر بمقدار الخلوص القطري الأولي بسبب انخفاض مستوى التقسية الانفعالي للأنابيب .

English Abstract

The tube-to-tubesheet joints in the shell-tube heat exchangers are usually made by expanding the tube into the tubesheet. Tube rolling is the most popular form of expansion. However, uniform pressure expansion has been often assumed in the studies of the joint strength. The joint strength is influenced by many factors such as the method of attachment, material properties, geometry and dimensions. To simplify the analysis, researchers have assumed zero initial radial clearance and elastic-perfectly-plastic material in the study of the joint strength. In this thesis, finite element analysis is conducted on axisymmetric, plane stress and plane strain models to investigate the effect of initial radial clearance and tube strain hardening on the residual contact pressure between the tube and tubesheet hole after expanding the tube by applying uniform pressure. Results show that the radial clearance has a negative effect on the joint strength. The effect becomes more significant with increasing the level of tube strain hardening. A practical equation to calculate the reduction factor due to the initial radial clearance and tube strain hardening, which could be used with the closed-form solution of the residual contact pressure available in the literature, is proposed. Other equations for calculating the tube's inner and outer surfaces radial deformation, which are used to calculate the tube wall reduction and tube thinning, are also proposed. The results obtained from the finite element analysis are compared with the experimentally measured results, which were conducted on roller-expanded tubes into a nine-holes square block. Because of the low level of tube strain hardening, experimental results show that the joint strength seems to be unaffected by the initial radial clearance.



Item Type:Thesis (Masters)
Date:December 2001
Date Type:Completion
Subjects:Mechanical
Divisions:College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Creators:Al-Zayer, Ali Dhaif
Committee Advisor:Merah, Nesar
Committee Members:Arif, Abul Fazal Mohammad and Shuaib, Abdelrahman N.
ID Code:10463
Deposited By:KFUPM ePrints Admin
Deposited On:22 Jun 2008 17:05
Last Modified:30 Apr 2011 15:37

Repository Staff Only: item control page