大型膨胀节的强度分析.pdf

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1、膨胀节作为弹性补偿元件，大型膨胀节的强度分析广泛应用于电力、石油、化1二等工业部门。随着工业生产的发展，工那日萨，钱才富，王焕庆z朱海荣z业装备越来越大型化，大型膨胀(1．北京化工大学机电工程学院北京1OOO29)节的需求也越来越多。对于膨胀(2．山东恒通膨胀节制造有限公司山东泰安2710O0)节的强度研究有理论计算和实验测试两种方法，理论计算又分解【摘要】对一大型膨胀节在内压和位移栽荷作用下的强度进行了理论计析法、工程近似法和数值法。随着算和有限元分析，结果表明对于已超出现行国内膨胀节设计标准规定尺计算机速度的不断提升，以及有寸的大型膨胀节，仍可以按照GB16749—1997《压力容器波形膨

2、胀节》进限元分析软件的不断完善，数值行强度设计。研究还发现，膨胀节的公称直径越大，按标准进行强度计法中的有限元法已得到了越来越算的保守程度越小。广泛的应用，是对波纹管进行应【关键词】大型膨胀节强度分析有限元分析力分析和总体分析的有效方法。陈晔、李永生等人⋯建立了波纹管非线性有限元模型，运用ANSYS有限元软件对单层波纹管进行了计l公称直径厚度t／mm层数m圆弧半径波高H／mm直边段长波数nlDN／mmr，mmL／mm算，其计算结果与试验数据较为I240050ll50400752吻合。刘颖、徐鸿等人l21通过对有注：膨胀节材料为16MnR限元计算和标准计算的结果进行(1)内压引起的波纹管直边段径

3、为24【)(】mm的单层双波u型膨胀对比，证明了用有限元方法来分周向薄膜应力为节为对象，采用ANsYs有限元软件析波纹管膨胀节的可靠性和可行进行应力分析，并与GB16749—1997性。钱才富、姚琳等人分别采用pDL4Ek标准中常规设计公式计算和有限《压力容器波形膨胀节》的应力计～．算公式结果进行对比。元分析的方法对单层多波、多层4．93×2．45×0．075×2×l0×0．14⋯=———————————————————：————————————4—一W』Z多波的膨胀节进行了极限承载能1应用膨胀节标准进行强度力和失稳分析。高海涛、岑鹏等人：I1分别对国内外常见的膨胀节标计算准在适用范围、应力评

4、定、失稳校核和疲劳寿命计算等方面进行了本文分析的是某厂家提供的(2)内压引起的波纹管周向薄对比分析。公称直径为24O0mm的单层双波u膜应力为国内现行膨胀节标准型膨胀节，其基本结构尺寸参数GB16749—1997《压力容器波形膨胀见表1。节》明确规定了公称直径DN≤厂家提供的该膨胀节公称压2000mm，波高H≤80mm的膨胀节力为4．93MPa，单波最大位移量为[]几何尺寸，而公称直径DN>l3．1mm，按照GB16749—1997《压力200Omm，波高H>8Omm的大型膨容器波形膨胀节》中的u型膨胀节：胀节设计则已超出该标准范围，的设计公式，计算膨胀节所受各[卜需要进一步研究㈧。本文以公称

5、直项应力。(3)内压引起的波纹管经向薄那日萨(1986一)现为北京化工大学化工过程与机械专业在读硕士。膜应力为。l石油和化工设备．。o9．，仃，：—一：=一兰：墅：!：=211．6O7／朱n～22×l×0．0455(4)内压引起的波纹管经向弯曲应力为(5)轴向位移引起的波纹管经应力值。本文取=l34MPa。由于公称直径为240(】mm的膨向薄膜力为：考虑成形过程中厚度减薄时，胀节已超出GB16749一l997《压力容波纹管一层材料的有效厚度。本器波形膨胀节》的范隔，为验证卜述应力计算结果，或者说验证文=0．0455m。GB16749一l997《压力容器波形膨胀：兰：坚-00鱼5_1475^w：

6、滤蟾。／锻长本文w7m。节》对公称直径为24【)(】mm膨胀节×o·4·k：系数；当k≥1时，取k=l。的适用性，本文采用有限元对该(6)轴向位移引起的波纹管本文k：0．14。膨胀节进行应力分析，并}面经向弯曲应力为c：系数，本文c=0-48。的公式计算结果进行对比，有限元软件为ANsYs软件。±c系数，本文c，·5。膨胀节为典型的薄壳结构，一3^：系数，本文=2．8。因此采用壳单元(sHELLl81)对膨胀节进行网格划分(见图1)。在进：!：兰：!：5_22661GB16749—1997《压力容器波形3×O·4×2·8膨胀节》规定各项应力的校核条行内压载荷分析时，将膨胀节卜下边缘施加固定约隶

7、，在膨胀节其中：件如下：内表面施加4．93MPa的压力；在进m：乏管：的尸擞。本文：1。(1)、=、-、2应分别小行位移载荷分析时，将膨胀节下边￡r：设计温度下波纹管材料的弹l生于或等于；缘施加同定约束，在膨胀节上边缘施加l3．1mm(Y负方向)位移载模量。檄=2×l0。(2)≤1．5r；荷。(3)对于碳素钢、低合金钢材通过有限元计算可以得到膨：波纹管平均直径。本文D：29m。胀节上各个方向的薄膜