阀门用金属波纹管力学特性研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第37卷第6期石油化工设备VoI．37No．62008年11月PETRO—CHEMICAIEQUIPMENTNOV．2008文章编号：1000—7466(2008)06—0020—04阀门用金属波纹管力学特性研究陈红扣(南京化工职业技术学院，江苏南京210048)摘要：在对阀门用金属波纹管有限元结构分析的基础上，比较了Q形和U形金属波纹管承载和变形补偿能力。研究表明，对几何参数相同的Q形和u形金属波纹管，Q形金属波纹管承受内压的能力大于U形金属波纹管，而U形金属波

2、纹管承受轴向力的能力则大于Q形金属波纹管。在相等的轴向力作用下，Q形金属波纹管轴向补偿量较大，但在各自最大轴向载荷作用下，U形金属波纹管能达到的轴向补偿量更大。关键词：金属波纹管；n形；u形；力学特性；有限元中图分类号：TH703．2文献标志码：AStudyonMechanicsPropertiesofMetalBellowsforValvesCHENHong—kou(NanjingCollegeofChemicalTechnology，Nanjing210048，China)Abstract：Ba

3、sedonstructureanalysisofmetalbellows，loadbearingcapacityanddisplacementcompensationcapacityofQ—shapedbellowsandU—shapedbellowswerecompared．Throughfiniteelementanalysisofstateofthebothbellowswhichhadthesamegeometricparameters，theresultsshowedthatinterna

4、lpressurebearingcapacityofQ—shapedbellowswasalittlegraterthanthatofU—shapedbellowsandaxialforcebearingcapacityofU—shapedbellowswasgraterthanthatofQ—shapedbellows．Underthesameaxialforce，axialdisplacementoftheQ—shapedbellowsisgrater，buttheU—shapedbellowc

5、anachievelargeraxialdisplacementcompensationrate．Keywords：metalbellow；Qshaped；Ushaped；mechanicproperties；finiteelement金属波纹管具有位移补偿、减振降噪和密封的纹管的报道甚少。文中采用有限元分析方法对阀门作用，目前已被广泛应用于热力管线、工艺管线、阀用Q形金属波纹管的力学性能进行分析，研究Q形门和压力容器等设备上口]。金属波纹管的结构形式金属波纹管在拉伸‘、压缩、内压及其组合条件下的应

6、较多，常用的有U形和Q形金属波纹管等。U形金力、应变分布情况，并对几何结构参数相同的n形属波纹管一般用于补偿量较大的场合，而Q形金属和U形金属波纹管在相同工作状态下的承载和变波纹管则主要用于压力较高的场合_2]。对金属波纹形补偿能力进行比较，分析两者力学特性的差异。管应力应变的分析研究方法主要有解析法、工程近1计算模型似法和数值分析法3种，其中工程近似法应用较为普遍]。随着计算机和计算数学的兴起，以有限元1．1几何模型．分析方法为代表的数值分析技术正被越来越多地应参照GB16749—1997《压力容

7、器波形膨胀用到波纹管的设计分析中l4]。但现有文献报道的节》，笔者选择了如图1所示的2种具有典型外形对象几乎都以U形金属波纹管为主，对Q形金属波结构的u形和Q形金属波纹管进行分析。为了便收稿日期：2008—05-27作者简介：陈红扣(1963一)，男，江苏泰州人，讲师，学士，从事机制工艺与设备教学工作。学兔兔www.xuetutu.com第6期陈红扣：阀门用金属波纹管力学特性研究于比较，图1a和图1b中的波高h、简体直边段长度同力学表现。z、波距叫、波数、倒圆半径r、波纹管壁厚、波峰大2结果分析及比

8、较圆弧半径R和波纹管外径D均取相同值，即D一702mm，h一60mm，一6mm，Z一50mm，叫一2．1承载能力69mm，r一14．25mm，R一19．67mm，=8。2．1．1内压载荷在进行内压有限元分析计算时，首先约束2个模型两端节点的轴向自由度，然后在模型内壁面上加载244MPa的内压，使波纹管处于膨胀状态，计算不同内压下波纹管的应力值。内压为4MPa下Q形和U形金属波纹管的VonMiss等效应力分布云图见图3。由图3看出，在只受内压作用时，Q形和u形金属波纹管