基于ASME Ⅷ-2的外压波纹管分析计算.pdf

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1、基于ASMEⅧ一2的外压波纹管分析计算李志平，段成红(北京化工大学机电工程学院，北京100029)摘要：强度、疲劳与稳定性是波纹管的主要力学性能指标，在波纹管设计过程中必须全面考虑。建立外压和轴向拉伸位移作用下的波纹管有限元模型，采用ASMEⅧ一2中极限载荷分析、屈曲分析以及弹塑性疲劳分析方法进行计算。结果表明，极限载荷分析可以较为准确地确定波纹管的极限载荷，且对波纹管设计参数和结构尺寸没有限制；屈曲分析可以确定波纹管失稳上限载荷；弹塑性疲劳分析可以预测波纹管的失效位置和疲劳寿命。本文的计算研究对波纹管设计具有一定的参考价值。关键词：外压波纹管；极限载荷分析；屈曲分析；弹塑性疲

2、劳分析中图分类号：TH123；TH703．2文献标志码：A文章编号：1001—4837(2016)02—0042—05doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2016．02．007DesignbyAnalysisforBellowsunderExternalPressureBasingonASMEVII——2LIZhi—ping，DUANCheng—hong(CollegeofMechanicalEngineering，BeijingUniversityofChemicalTechnology，Beijing100029，China)Abstract：Stre

3、ngth，fatigueandstabilityarethemainmechanicalperformanceofbellows，andmustbefullyconsideredinthedesignprocess．Thefiniteelementmodelofbellowsunderexternalpressureandax．ialextensionloadsisestablished，andlimit—loadanalysis，bucklinganalysisandelastic-plasticfatigueanalysisofASMEⅧ一2areapplied．Thean

4、alysisresultsshowthatlimit—loadanalysiscanaccuratelyde．terminethelimitloadofthebellows，andhavenorestrictionondesignparametersandstructuraldimen—sionsofthebellows；bucklinganalysiscandeterminethebellowsbucklinglimitload：elastic—plasticfa．tigueanalysiscanpredictfailurepositionandthefatiguelifeo

5、fthebellows．Theresultsofthestudyhaveacertainreferencevaluefordesigningbellows．Keywords：externalpressuredbellows；limit—loadanalysis；bucklinganalysis；elastic—plasticfatigueanalysis移的挠性原件。强度、疲劳和稳定性是波纹管最0引言基础的性能指标，对此前人进行了大量研究，但大多集中在内压波纹管方面卜，外压很少涉及。波纹管是依靠自身变形补偿管道或设备热位由于外压轴向型波纹管膨胀节具有自导向、自疏·42·第33卷

6、第2期压力容器总第279期水、补偿量大、无柱失稳等特点，因此被广泛应用理论，当小的载荷增量不能获得平衡解即表示已于各种工程实际中。目前，一般波纹管设计均采经达到结构极限载荷。它适用于任何有序或无序用EJMAl常规标准，考虑到常规计算采用简化作用的静载荷，但应该注意到，由极限载荷分析所的梁结构，与实际板壳结构存在较大偏差，且未考得到的位移和应变并无物理意义。虑结构不连续效应J，以及外压波纹管较少工程应用该方法进行数值分析时，应采用理想弹研究等问题，本文采用ASMEⅧ一2《压力容器建塑性模型且必须满足小变形理论、yonMises屈服造另一规则》[83中分析设计方法对某u形外压波准则

7、和关联流动性准则。材料屈服强度取1．5倍纹管进行分析，希望其结论对工程应用具有一定设计温度下许用设计应力强度。的参考价值。有限元模型应能够精确表示所分析元件的几何特性、边界条件及所受载荷。对于如小孔、转1本文所用分析设计方法介绍角、倒角及其他引起应力集中的小的结构细节无需考虑。ASMEⅧ一2《压力容器建造另一规则》标准对所有需要考虑的载荷情况进行极限分析。对承压元件从防止塑性垮塌、局部失效、失稳和疲如果计算能够收敛，则在所考虑工况下结构满足劳等方面进行分析设计。由于目前波纹管大多采强度要求。