波节管承受外压失稳性能研究

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1、第26卷，总第152期《节能技术》Vo1．26．Sum．No．1522008年11月，第6期ENERGYC0NSERVA1rIONTECHN0IDGYNov．2008，No．6波节管承受外压失稳性能研究徐建民，李强，熊雯，皮威，周宜，陈建荣(武汉工程大学机电工程学院，湖北武汉430073)摘要：本文通过有限元分析和试验验证两方面来讨论光管和波节管在失稳方面的问题，并从波距、节宽以及波数等方面对波节管失稳性能的影响进行了分析和讨论。关键词：波节管；外压；失稳；失稳模态中图分类号：TQ050；33312文献标识码：A文章编号：10

2、02—6339(2008)06—0564—04PropertyResearchForSquirmCapabilityofExternalPressureinCorrugatedTubesXUJian—min，LIQiang，XIONGWen，PIWei，ZHOUYi，CHENJian—mng(SchoolofMechanical&ElectricalEngineering，WuhanInstituteofTechnology，Wuhan430073，China)Abstract：Inthispaper，wediscussthe

3、differencebetweensmothtubeandcorrugatedtubesinthecapabilityofsquirm，withfiniteelementanalysisandexperimentverification．Besides，wediscusstheeffectofdiferentdis—tanceofwave，widthofjoint，numberofwaveonthesquirmcapabilityofcorrugatedtubes．Keywords：corrugatedtubes；extern

4、alpressure；squirm；squirmmodal1引言2有限元分析管壳式换热器是应用于炼油、化工等行业的主本模拟试验使用有限元分析软件ANSYS来进要换热设备。近年来，波节换热管取代光管的管壳行，采用solid45单元来对试件进行网格划分，采用式换热器13益增多，它具有可使流体周期性地扰动映射网格划分方法，对于波节与波峰连接处，采用细的特点，大大提高了传热系数，同时还具有管子不易化网格的划分，波节管网格划分后的模型示意见图结垢和缓解轴向温差应力的优点，是一种高效换热1。设备。[]结合波节管在试验中的实际受力情况，约束

5、两换热器在工作时，其换热管不可避免地会受到端断面所有节点的轴向位移，并施加环向位移约束，来自壳程液体的压力，因此换热管除要具有足够的以保证该平面保持为圆。由于要进行特征值失稳分内压强度外，其外压稳定性也不容忽视。l2J为此，我析，所以在进行静力分析求解时要激活预应力效果，们根据试验和有限元分析对波节管承受外压失稳的然后才能在模型外表面施加外压。再在静力分析的性能进行研究，并与同样直径光管进行比较，做了进结果上，依次进行屈曲分析和非线性分析。以光管一步的讨论。的模型分析为例，在对光管模型进行特征值计算后，光管模型失稳模态如图2所

6、示，失稳时圆周方向波形数为2，计算所得特征值为42．932MPa。这是由于收稿日期2008—10—27修订稿日期2008—11—06作者简介：徐建民(1965一)，男，副教授。在侧向外压作用下，圆筒仅沿圆周方向失稳，轴向对·564·称面不会影响失稳时的非对称冲突。图1映射网格化后的试件有限元模型Fig．1Finiteelementmodalaftermappedgrid再施加一个比静力分析约大l5％～20％的外式中A——失稳时的周向应变系数，可查表求压进行非线性屈曲分析，得到光管的失稳模态如图得；3所示。分析计算得光管模型的临

7、界压力为m——安全系数。22．68MPa，和理论值比较，误差为12．98％，不超过同样，在对波节管分析时，采用与光管模型分析15％，基本上符合工况要求。相同的分析方法和思路，得到波节管失稳模态如图另外，经过计算光管的临界长度可知，光管属于4所示，模拟分析计算得三种波节管的临界压力分长圆筒，根据工程设计方法，结合光管临界压力可计别为34．52MPa，26．87MPa，28．73MPa。算如下：3试验验证2AE2×0．00119×2．06×lOsPcrm—3(Do—／t)j———厂一为验证有限元模拟分析结果的正确性，采用和=20．

8、64MPa有限元分析规格相同的光管和波节管进行了试验。试验中的波节管由与波节相同直径的薄壁管坯胀压或滚压成型而得，其纵断面波峰均为圆弧，而整个波面呈椭圆形，波节为直线段，材料为0Crl8Ni9，杨氏弹性模量为2．06XlOsMPa，泊松比为0．3。由于换热器中采用的波节管都比