解析s型焊接金属波纹管的应力仿真与试验研究

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1、S型焊接金属波纹管的应力仿真与试验研究穆塔里夫·阿赫迈德，程伟，阿斯耶姆·肖凯提(1．新疆大学机械工程学院，新疆乌鲁木齐830047；2．新疆金凤科技有限公司，新疆乌鲁木齐830011)-摘要：采用ANSYS建立了S型焊接金属波纹管的三维模型，利用其分析模块，对波纹管进行了非线性有限元仿真分析，计算出波纹管在不同压缩位移情况下的应力及失效变化。利用ANSYS的仿真分析结果与试验相对比，得到了s型焊接金属波纹管应力随位移变化的曲线图，为s型焊接金属波纹管的结构优化设计及疲劳失效计算提供了参考依据。关键词：S型波纹管；有限元；应力仿真；失效分析中图分类号：TH703．2文献标识码

2、：A文章编号：1001—4837(2010)O1—0008—04doi：10．3969／j．issn．1001～4837．2010．01．003StressSimulationandExperimentalResearchforS——ShapedWeldedMetalBellowsMutellipAhmat，CHENGWei，AsiyemuXiaokaiti(SchoolofMechanicalEngineering，XinjiangUniversity，Urumqi830047，China；2．XinjiangJinfengScienceandTechnologyCo．，L

3、td．，Urumqi830011，China)Abstract：Thethree—dimensiona1modelofS—shapedweldedmetalbellowsiSbuiltupandthenon—linearfiniteelementanalysisiscarriedoutbyusingANSYS，thecompressionstressandfailurechangeofbellowsindifferentcircumstancesdisplacementiScalculatedout．Thecurveofthestresschangeswiththedispl

4、acementofS——shapedbellowsisobtainedbycomparedwiththeresultoftheanalysisandexperimentcomparedwiththetestresultswiththedisplacementofbellowsstresscurveforthestructuraloptimizationofbellowsdesignandfatiguefailuretoprovideareferene．eforthecalculation．Keywords：S—shapedbellow；FEM；stresssimulation

5、；failureanalysis元理论已经在波纹管的结构分析中得到广泛的应1前言用。目前，对波纹管的设计和计算大多基于静态结构强度分析和理论分析，考虑了静载荷和静特性，而波纹管是一种外表面呈波纹状的薄壁管件，一通常在实际应用中动载荷的作用对波纹管的影响也般由不锈钢或铜合金加工制成，具有较大的轴向弹很大。其中失稳是波纹管工作中的一种重要的失效性，是管道连接和补偿装置，具有工作可靠和结构紧形式。失稳一旦发生，不但会降低波纹管的疲劳寿凑等优点，还可以降低噪声吸收管路的振动，起到命和承载能力，而且也会降低膨胀节的位移补偿能减振的作用⋯。随着计算机技术的飞速发展，有限力。由于波纹管的失

6、稳失效包含弹塑性大变形等因·8·第27卷第1期压力容器第206期素的复杂问题，对波纹管在压缩载荷作用下的失稳失效采用非线性有限元分析会得到更为准确的结2焊接金属波纹管的有限元模型果。文中以某公司提供的S型焊接金属波纹管为研2．1三维实体建模究对象，首先用ANSYS的Geometry模块的参数化由于S型波纹管曲面较多，在对波纹管建立三功能_2，精确建立了波纹管的三维实体模型，然后维的参数化模型时，关键是利用数学公式来表达其用ANSYS的动力学分析模块建立了有限元模型，通参数化的特征，或者利用已经存在的特征作为参考过仿真分析了波纹管在不同位移情况下的应力变化值，来定义新特征的值。

7、文中使用ANSYS的Geom．情况，最后利用仿真分析结果与试验结果相对比，etry模块的参数化功能，建立了精确的三维实体模得到了波纹管应力随位移变化的曲线图，为波纹管型，大大节省时间，提高了工作效率。S型波纹管的的结构优化设计及疲劳失效计算提供了参考依据。几何参数见表1，其实体模型及剖面图见图1。表1S型波纹管的几何参数参数波纹管外径波纹管内径波纹管高度波纹管壁厚端部长度波纹宽度附件总质量Dl(mm)dl(mlT1)H(1YIII)t(IllIl1)Ld(mm)B(mm)(kg)数值7757．088．3