低温环境下波纹管的轴向刚度计算

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1、JournalofMechanicalStrengthl=『乙械度2009，31(5)：787—790低温环境下波纹管的轴向刚度计算FINITEELEMENTCALCULATIONTOBELLOWS’AXIALST】[1SSoNCRYOGENICENVⅡoNMENT万宏强汪亮(西北工业大学航天学院，西安710072)WANHongQiangWANGLiang(CollegeofAstronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，an710072，China)摘要应用有限元软件Ansys建立波纹管的有限

2、元分析模型，又通过对U型波纹管轴向刚度计算经验公式的温度修正，计算室温和低温(直到一253℃)状态下波纹管的轴向刚度，并对波纹管刚度与壁厚、波高、波距等波形参数之间的相关性进行数值计算。波纹管的性能与结构设计的波形参数密切相关，对不同用途或不同控制因素的波纹管，波形参数的确定应有侧重点，且需综合考虑。通过与文献中的实验结果对比得知，用材料弹性模量温度系数对经验公式进行修正是有效的。关键词波纹管低温刚度有限元中图分类号TQ053V259．3TB115AbstractAempiricformulaofbelows’axialstifnesscalcu

3、lationWaSmodifiedbasedontemperaturecorrection．Theaxialstif-nessundertheroomtemperatureandthelowtemperature(upto一253℃)wascomputed．Someparameterssuchaswalthickness，waveheightandwavepitchafectingaxialstifnesswerenumericallysimulatedbymeansofthefiniteelementanalysismodeloftheU—sh

4、apedbellows．Thebellows’capabilityandwaveformparametersofthestructuraldesignarecloselyrelated．Forbellowswithdiferentuses，itisnecessarytomeettheneedsofdiferentwaveformparameters，andneedcomprehensiveconsideration．Comparedwithpub—lishedexperimentaldatainreference，thecalculatedres

5、ultsshowthatuseoftemperaturecoeficientofelasticmodulusisvalidtomodifytheempiricalformula．KeywordsBellows；Cryogenicenvironment；Stifnes~；FiniteelementanalysisCorrespondingauthor：WANHongQiang，E-mail：wan@一06@sina．corn，wanhongqiang@126．COrn，Tel：+86—29—88494641Manuscriptreceived213

6、071214，inrevisedform20080303．韧度和相对仲长率。(2)金相组织稳定性，以保证零件1引言尺寸与形状的稳定。(3)热弹性效应，材料具有较低的波纹管的性能参数计算在国家标准中有规定的计弹性模量温度系数和线膨胀系数，以保证低温下刚度算公式，但这些计算公式均是近似的，即使公式中采用的稳定。了修正系数，也不足以表示波纹管的受力和变形的真为满足这些要求，常用材料为奥氏体不锈钢。虽实情况。尤其在航天应用中，波纹管作为液体火箭发然奥氏体不锈钢在低温下常处于亚稳定状态，极易发动机动力系统的重要元件，它在低温环境中的工作性生马氏体相变，并引

7、起体积胀大及残余应力，但经低温能同样会对发动机的工作有重要影响。本文针对某液深冷处理后，此类材料在低温下能保持较好的塑性元体火箭发动机试车台所用的波纹管，通过建立有限元件尺寸和内部组织的稳定性，并有较高的韧性和塑性模型，对波纹管的各参数进行数值计算，同时研究有限以及良好的低温综合力学性能和热物理性能。元分析技术用于波纹管设计的可行性。3波纹管刚度分析2低温波纹管的材料特性波纹管设计计算的性能参数为刚度、应力、有效面波纹管在传输液氧、液氮、液氢之类低温介质时，积、失稳、允许位移、耐压力和使用寿命等。波纹管刚度为了保持其良好的力学性能，所用金属材料应

8、具有如是指作用力与该力作用下所引起的位移之比，通常用下特性][，(1)低温力学性能，特别是有良好的冲击K表示。K值越小，波纹管柔性越好，