碟形金属波纹管的轴向刚度研究.pdf

《碟形金属波纹管的轴向刚度研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、试验研究碟形金属波纹管的轴向刚度研究刘岩，段玫（洛阳船舶材料研究所，河南洛阳!"#$%&）摘要：采用有限元软件’()*)对碟形金属波纹管的轴向刚度进行了非线性分析，并进行了轴向刚度试验，将试验结果、有限元分析结果与曲梁简化模型推导出的刚度计算公式，以及原有焊接波纹管的刚度计算公式进行了对比，结合+形波纹管轴向刚度的计算结果，验证了有限元和曲梁简化公式的正确性，具有一定的工程应用价值。关键词：波纹管；刚度；有限元；中图分类号：,-#.%/.文献标识码：’文章编号：#$$#0!1%"（.$$"）$#0$$$10$!!"#"$%&’()*’"+,-$./*-00)"##(010#’$2"3"*$

2、.4"..(5#6789$)，:8+;3"-（2345678)9:;<6=>?:6@A>B>6?C9D7B=:=3=>，2345678!"#$%&，E9:76）+<#*%$&*：,9>6F:6@B=:GG7>BB4GH0B96;>I>=6@J>@@4KBK6B?>B>6?C9>LJ5747@:7>6?G:7:=>>@I>7=I>=94L67LB=:GG7>BB=>B=/,9>?>B3@=B6?>C4I;6?>LK:=9=9>B:I;@:G:>LG4?I3@6:7L3C>LJ5J>6II4L>@67L=9>B=:GG7>BBG4?I3@64GK>@LJ>@@4KB/’7L=9>C4I;6?:

3、B47C4IJ:7>LK:=9=9>C6@C3@6=:47?>B3@=B4G+0B96;>J>@@4KBB94K=96=G:7:=>>@>I>7=I>=94L67L=9>J>6II4L>@G4?I3@66?>M6@36J@>=4=9>B=:GG7>BBL>B:874GH0B96;>I>=6@J>@@4KB/D=C67J>3B>LG4?>78:7>>?:786;;@:C6=:47/=">5(%?#：J>@@4KB；B=:GG7>BB；G:7:=>>@>I>7=676@5B:B焊接波纹管一般采用“!”型单层焊接结构，先算公式的推导，得出了碟形波纹管轴向刚度的工程压制成圆环板，然后在波峰、波谷处

4、形成环焊缝组成计算方法。波纹管。由于焊接波纹管的波高、波距较小（一般为%NOII），波数多（.$N%$个），波峰、波谷焊缝处存#有限元分析在应力集中，焊缝易产生开裂，普遍存在制造工艺复杂、成本高、安全可靠性差等缺点，其中焊缝的质量#P#有限元模型是影响其安全可靠性的重要因素。为了提高安全可采用大型工程软件’()*)对单层碟形金属波靠性，对原焊接波纹管采用整体成型的制造方法，在纹管的轴向刚度进行非线性有限元分析。碟形波纹波峰和波谷处没有焊缝，保持了原有焊接波纹管的管的有限元模型采用了参数化设计语言’QR2进行优势，并克服了上述缺点，此类型波纹管称为碟形波建模，将波高、波距等几何尺寸，弹性模量

5、、泊松比等纹管。碟形波纹管的应用大多对刚度及弹性恢复能材料属性，设置为可变参数。采用参数化建模有利力有较高的要求。目前，波纹管的各种标准中，均未于对不同尺寸、不同材料属性的碟形波纹管进行有涉及此类波形波纹管刚度的计算方法，试验研究也限元分析。碟形波纹管的结构如图#所示。分析所较少。本文主要通过数值分析、试验验证及刚度计用!".O$碟形波纹管的几何参数值见表#。材料为·1·第$#卷第%期压力容器第%)"期!"#不锈钢，材料参数值见表$。端固支，另一端施加位移载荷。分析过程中，材料模型选择+5131屈服准则，双线性应力应变关系，随动硬化准则；几何非线性则需要打开大变形开关，为了加快收敛，迭代方

6、法选用全牛顿6拉菲逊法（)6"*），同时考虑应力刚化效应。加载过程分为#个载荷步，分别代表拉伸、回复、压缩、回复四个阶段，拉伸位移为&，%"，%&，$"，$&，!"，!&’’；压缩位移为&，%"，%&，$"，$&，$)’’，每档位移设定%"个载荷子步。运算完成后，在有限元软件的后处理模块中，可以求出与每个载荷子步的位移值所对应的反力，从图%碟形波纹管结构示意而得到碟形波纹管的力6位移曲线。表%碟形波纹管!"$&"几何参数值直边段波高波距圆弧壁厚$刚度试验波数外径!#$%&"（’’）（’’）（’’）（’’）（’’）为了验证非线性有限元刚度计算结果，对上述$()%%*(&"*$"*$$#!"$

7、&"碟形金属波纹管在室温下进行了轴向刚度试验。表$碟形波纹管!"$&"材料参数值$*%试验装置弹性模量’屈服极限切线模量’&泊松比!（+,-）（+,-）（+,-）&"*!!$&$0#"%*.&/%"单元选择适合非线性分析的12344%(%单元，网格划分选择四边形单元，沿周向的网格划分为%""份，沿子午向的网格环板部分划分为0份，波峰和波谷的%(#圆弧处各划分为$份。得到碟形波纹管有限元的%(#模型如图$所示。（-）正面图