波纹管的结构优化设计

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1、设计计算波纹管的结构优化设计于颖!，李永生!，於孝春!，胡毅"，陈立苏"（!#南京工业大学，江苏南京"!$$$%；"#南京晨光东螺波纹管有限公司，江苏南京"!$$$&）摘要：以单位重量下波纹管的补偿量最大为目标函数，对波纹管的结构参数进行优化设计。以压力$#"’()*，公称直径+$$,!$$$--的波纹管为例，优化设计的波纹管与以前的产品相比，单位重量的补偿量可增加"&#%.,’%#/.，单波刚度可降低"/.,&"#0.，优化效果十分显著。关键词：波纹管；结构优化设计；补偿量中图分类号：12$’!3’文献标识码：4文章编号：!$$!506+/（"$$’）!"5$$""5$

2、+!"#$%&’(%’&#)*%+,+-.%+/01#2+30/45#66/7!，:;8/0352"#0!，89<+./5("’0!，=98+"，>=?@:+52"’"898+03（!#7*89:8;<8:=>?@:ABCD1>EF8CGC;B，7*89:8;"!$$$%，HF:8*；"#7*89:8;HF>85AC?*I>GGCJHC#，KAL#，7*8M9:8;"!$$$&，HF:8*）AB2%&.(%：N8AF:@O*O>?，AF>JC?PCDAF>@A?QEAQ?>O*?*->A>?@CDCOA:-:R*A:C8L>@:;8DC?I>GGCJ:@O?>@>8A>L

3、#1F>CS9>EA:=>CDCOA:-:R*A:C8:@AF>-*TACA*G>UQ:=*G>8A*T:*G-C=>->8AO>?J>:;FACDI>GGCJ#1F>:GGQ@A?*A:C8CDCOA:-*GS>GGCJQ8L>?O?>@@Q?>$#"’()**8LL:*->A>?@+$$,!$$$--@FCJAF*AACA*G>UQ:=*G>8A*T:*G-C=>->8AO>?J>:;FACDCOA:-*GS>GGCJE*8:8E?>*@>"&#%.,’%#/.，COA:-*GS>GGCJ@:8:A:*G*T:*G>G*@A:E@O?:8;?*A>O>?EC8=CGQ

4、A:C8L>E?>*@>"/.,&"#0.EC-O*?>LJ:AFAF>DC?->?O?CLQE>#NA@FCJ@AF>O>?D>EA>DMD>EA:=>8>@@CDCOA:-:R*A:C8#C#D7/&E2：S>GGCJ；COA:-:R*A:C8L>@:;8；ACA*G>UQ:=*G>8A*T:*G-C=>->8A!前言"波纹管的优化数学模型的建立金属波纹管膨胀节是受热管道和设备进行热补本文基于《美国膨胀节制造商协会标准》"$$+［!］［"］偿的关键部件。波纹管是组成膨胀节的基本元件，年建立了波纹管优化的数学模型，以下是有关它决定了膨胀节的热补偿性能。波纹管的设计结果波

5、纹管数学模型的分析过程。必须满足强度、柔度（即刚度的倒数）、稳定性和疲劳"3!目标函数寿命的要求，而这些指标往往是相互制约，互相矛盾为实现波纹管生产过程中最经济的原则，本文的，只有借助于结构优化设计方法才能求得满足各以单位重量下的波纹管补偿量最大为目标函数。种约束条件的最佳结构参数，据此参数设计的波纹（!"）V#$%管将满足最优化目标的要求。本文试以单位重量下式中#———波纹管的补偿量，--，#V&（’5波纹管的伸长量最大为目标，对波纹管的结构参数$3!’()）进行优化设计，使设计出的波纹管更经济实用，更具’———波纹管的单波补偿量，--市场竞争力。———系数，设计压力与

6、临界压力之比!万方数据·""·第**卷第(*期压力容器总第(,-期!———波纹管的波距，!!式中"&———子午向总应力范围，012"———波纹管的重量，"#，"$（#$%%&）",———位移引起的波纹管子午向薄膜应力，&’()’%!&012’———波纹管展开长，!!，’$（*(%+’,-(!）"6———位移引起的波纹管子午向弯曲应力，)%*’&012(———波纹管的波高，!!)1———波纹管平均疲劳寿命，周次’&———直边段的长度，!!［)1］———波纹管的设计疲劳寿命（设计寿命*———波纹管单层壁厚，!!安全系数按78.9(*---—(:::标准取;<"(+，周次。!—

7、——波纹管材料的比重，"#.!!&*’&’&失稳约束［(］*’*设计变量失稳约束是要求设计压力分别小于根据柱失波纹管的结构简图如图(所示，考虑波纹管的稳而确定的极限设计内压3.1及根据平面失稳而确结构特点，将设计变量确定为五个，+(为波纹管单定的极限设计压力3.4。层壁厚的层数%，+*为波纹管的波数)，+&为波纹3/3.13/3.4管的波高(，+)为波纹管的波距!，+,为波纹管的*’&’)变量约束［)，,］单层壁厚&。自变量约束主要是根据生产、制造的要求确定合理的范围，其值如下：(!%!,(!)!(,+’+,#$!(!+’*3