管壳式换热器是石油化工业广泛应用的典型工艺设备,而管板是管壳式换热器最重要也是最复杂的承压部件。正确分析管板受力状态,对保证换热器安全运行、节约材料以及对整台换热器的经济性等起到及其重要的作用。综观国内外各类文献资料,很难查到平垫自紧密封结构应用于换热器管板密封的工程实例。同时,自紧密封U型管式换热器管板的有限元分析还没有人开展。本文以此为契机,对自紧密封U型管式换热器的管板进行了力学行为的研究。本文介绍了管壳式换热器的几种常见结构型式,简述了U型管式换热器管板的密封类型。对于自紧密封U型管式换热器的管板无法采用传统方法进行设计计算,因此本文应用有限元数值分析方法,对管板进行了温度场和应力场的研究。常见密封结构的计算中没有关于平垫自紧密封的计算方法,本文进行了平垫自紧密封的相关理论计算。管板的温度场分析部分,介绍了温差应力的产生及温度场的分析方法,合理地建立了温度场分析的模型,正确地进行了网格划分和加载,得到了温度场的求解结果并进行了路径结果分析与规律总结。研究了管板上的应力分布情况。对七种操作工况下管板的应力进行了分析以及强度评定,管板应力强度校核合格。选择了七条路径,研究了管板各路径上的总体应力和局部薄膜应力的分布特点。通过对管板的应力分析,找出最危险工况及危险部位,为管板的结构设计提供参考。除了上述工作,本文还深入研究了自紧密封U型管式换热器管板的结构特点。首次研究管板半径减小后,管板应力的变化情况,以及换热管内、外壁处的应力及其轴向应力的改变。研究过程中发现,GB151-1999中U型管式换热器管板的径向应力计算式,规定的适用范围内不包括自紧密封式管板,若自紧密封U型管式换热器的管板采用此式进行管板计算,将会产生较大的误差。为此,本文又应用有限元数值分析的方法,对自紧密封U型管式换热器管板的径向应力进行了研究。本文从多方面多角度研究了自紧密封U型管式换热器的管板,分析总结了该管板结构的力学行为特点。本文提供了大量的分析结果,对于逐步完善自紧密封式管板的结构设计和计算有着重要意义。