内压作用下波纹换热管应力分析

用有限元法和实验应力分析法对波纹换热管在内压作用下的应力分布规律进行探讨。结果表明,光管加工成波纹换热管后,在波峰过渡处与波谷过渡处均产生了较严重的应力集中现象,最大应力出现在波谷过渡处附近,比相应条件下光管中的应力大许多,且在管的厚度方向有应力梯度存在。通过分析指出影响波纹管上最大应力强度值的因素,并得出最大应力强度值最小时的优化波形。     

机械密封中Ω形和U形波纹管的疲劳寿命分析

针对机械密封中的波纹管疲劳失效引起机械设备故障的问题，以Ω形和U形波纹管为研究分析对象，采用SolidWorks建立三维模型，用Ansys软件进行有限元静力学计算仿真，结合Miner疲劳损伤原理，对两种波纹管在不同预应力下的等效应力和疲劳寿命进行分析比对。结果表明：随着预应力的增加，两种波纹管的等效应力增加，疲劳寿命降低；波纹管的波峰和波谷位置都为应力集中位置；在相同预应力下，Ω形波纹管波峰处等效应力大于波谷处，U形波纹管波谷处的等效应力大于波峰处，U形波纹管易发生疲劳失效的结点数要比Ω形波纹管的多，更容易发生疲劳失效，Ω形波纹管的整体疲劳寿命大于U形波纹管。仿真分析结合Miner疲劳损伤原理所得结论可为预测波纹管的失效和波纹管优化设计提供理论依据。     

U形波纹管复合载荷与模态分析

利用有限元方法对连接用金属波纹管建模,分别进行了轴向载荷及复合载荷下的变形计算,分别得到了波纹管在复杂载荷下的变形量和应力。同时进行模态分析,得到前6阶固有频率和振型。计算结果表明,波纹管波谷处的应力较大,且波谷处的应力值大于波峰处的应力值,波纹管的低阶振型是自由端的横向振动,对波纹管的安全性影响不大。第10阶振型是轴向拉伸和扭转的叠加,易导致其断裂失效。     

304L/533B复合钢板界面几何参数对界面力学性能影响

研究了304L/533B复合钢板界面尺寸对复合钢板拉伸性能和界面应力的影响,利用试验测得复合板和基体材料的拉伸性能,并利用有限元研究了不同的波形尺寸值(波高/波长)对复合板整体拉伸曲线和界面应力分布的影响。模拟结果表明,复合板波形界面尺寸的改变对整体拉伸曲线无明显影响,但对界面附近应力分布有明显影响,且波形界面的存在会降低基板界面处的应力、而增加覆板界面处的应力,且波谷处的界面应力要大于波峰处。     

阀门用波纹管的应力分析

基于有限元方法建立了阀门用波纹管的应力分析方法,通过对波纹管进行有限元分析。结果表明,无论何种工况,波纹管各层的应力分布规律基本相同,其分布规律是波峰与波谷部位应力较大,其余部位应力较小;在位移载荷(拉或者压)作用下,波纹管的最大等效应力均发生在波谷位置;在拉伸位移-内压联合作用下,结构最大应力发生在波峰,在压缩位移-内压联合作用下,结构最大应力发生在波谷;在工作状态下,波纹管的应力主要是由位移载荷引起,因此,在使用过程中应严格控制位移的大小。     

U形波纹管设计和分析中的弹性应力的公式和图表

符号说明 d——波纹深度 E——杨氏模数 F——随几何参数而变化的修正因子(包括符号) K——轴向刚度 l——波纹长度,L=2n_c(r_c r_r) n_e——波纹数 n_p——层数 P——外部压力 r_e,r_r——波峰与波谷的圆弧半径 r_i——内半径 r_m=r_i d/2 S——应力 S_(os),S_(is)——外与内表面应力 S_m,S_b——薄膜与弯曲应力分量 Sm_e,S_(mr)——波峰与波谷处的薄膜应力 t——一层的厚度β_i——按统计所决定的指数Δ——波纹管总轴向位移μ=12(1-ν~2)r_er_r/r_mt~(1/2) v应为材料的泊桑比——译注。     

散热带轧波过程数值模拟及其圆弧偏心的研究

为了分析轧波过程中铝合金箔片的应力应变分布规律和散热带波峰(波谷)圆弧偏心的原因,以及得到准确的散热带波形。在有限元软件Ansys Workbench中,采用双线性随动硬化材料模型模拟轧波刀轧制铝合金散热带波形的过程,并在某型号的轧波机上进行了验证。研究结果表明:铝合金箔片在轧波过程中其应力变化为波浪状,应力曲线的每一个波峰与铝合金箔片的波峰(波谷)成形相对应;铝合金箔片形成波峰(波谷)后,其残余应力从波峰(波谷)顶点向两边递减,两边残余应力分布不对称,这是散热带波形圆弧偏心的原因;由于轧波刀具的啮合运动,使铝合金箔片在形成波峰(波谷)时,其塑性应变分阶段增加到最大值;软件分析的散热带模型和实际轧波后的散热带模型完全吻合,验证了本分析方法的正确性。     

Mg/Al复合板波纹轧模拟及变形区微观组织演变分析

通过建立Mg/Al复合板波纹轧热力耦合有限元模型并进行轧卡实验,分析了应力、应变及温度对金属变形以及微观组织演变的影响。结果表明,当波纹轧初始轧制温度为400 ℃、平均压下率为35%时,复合板在变形区靠近出口位置实现复合,复合界面波谷处扩散层厚度为3.3 μm,波峰处扩散层为2.7 μm;等效应变和温度的增加促进了镁合金的变形晶粒发生动态再结晶,其微观组织主要包括等轴晶、孪晶以及动态再结晶晶粒,界面波谷处晶粒平均尺寸为3.71 μm,波峰处为6.92 μm。     

多层多波Ω形波纹管液压成形的数值模拟

对某两层四波Ω形波纹管的液压成形过程进行了有限元数值模拟,分析各层管坯成形后的应力场和应变场分布以及波高方向鼓波高度和壁厚减薄率。结果发现,波纹管液压成形过程中,卸载前最大等效应力出现在大圆弧上,卸载后最大等效应力出现在大圆弧与小圆弧过渡处;波纹管在液压成形过程中,最大塑性变形出现在波峰上,最大塑性应变达27%;波纹管液压成形过程中壁厚减薄严重,波峰处可达17%以上。将模拟所得的波形参数与实际液压成形结果相对比,成形厚度、波高方向鼓波高度等参数的相对误差均小于5%,说明采用有限元法对Ω形波纹管液压成形进行数值模拟是有效、可信的。     

基于构件S-N曲线的波纹管速度外压耦合加载下疲劳寿命研究

真空灭弧室用波纹管服役工况复杂,采用传统的理论计算方法和试验手段难以准确预测其疲劳寿命,一定程度上制约波纹管的设计与选用。本文利用数字图像相关技术,基于拉伸试验、疲劳试验,精细化获得了波纹管构件的S-N曲线,基于ANSYS有限元分析软件,建立波纹管弹塑性变形有限元模型,通过XTDIC验证了模型的准确性,结合nCode DesignLife对波纹管疲劳寿命进行了预测,并验证其准确性。研究了关键工艺参数(压力、位移、速度)对波纹管波峰、波谷等关键特征区域应力、应变和疲劳寿命的分布演变规律。研究表明：波纹管在只施加外压的工况下,波峰内壁处更容易产生疲劳损伤,位移载荷对波纹管应力应变分布影响更为显著,位移越大,波纹管更容易产生应力集中。在加载位移不变时,速度越大,波纹管等效应力越大,此时耦合0.2 MPa外压,抵消部分应力集中。在0.2 MPa外压下,当压缩速度由0.5 m/s增加到4 m/s,最大等效应力由378.89 MPa增加到424.27 MPa,疲劳寿命由49 540次减小到3 064次。     

波纹管在温度载荷作用下的几何非线性分析

针对波纹管在一般弹性范围内可达到很大的位移，呈现较强非线性的特点，对温度载荷作用下的波纹管几何非线性问题进行有限元分析。基于Sanders小应变、中等转动薄壳理论，通过引入“伪载荷”而建立起一个形式简单、易于实施的迭代格式，并进行了数值求解。算例验证了理论推导和程序编制的正确性。文末对正温差、零温差和负温差作用下的波纹管进行应力分析，发现温度变化对波纹管波峰和波谷附近的应力有明显的影响，而对其环板中心附近的应力影响相对小些。     

波纹换热管稳定性研究

本文根据试验和有限元分析,研究了波纹换热管在外压作用下的应力分布、失稳规律及其变形特点。结果表明,直管段稳定性最差,波峰最好,波谷居中。文中提出了波纹换热管临界压力预测计算式。     

煤化工反吹阀用波纹管国产化设计研究北大核心CSCD

为了研究煤化工反吹阀用波纹管失效原因,运用有限元法对波纹管进行静力学和瞬态动力学分析。与静力学分析结果对比,考虑惯性力及阻尼作用后,波纹管的最大应力有所增大,疲劳寿命下降,最大应力出现位置由波纹管中部转向阀杆端部。为了验证仿真计算的准确性,设计了专用的高温、高压疲劳试验台,实现了苛刻工况波纹管型式试验。和试验结果对比,波纹管设计寿命与真实寿命偏差30%以内,失效位置与仿真分析结果一致。根据仿真和试验结果,提出了优化阀杆端部波纹管材料及波形结构改善波纹管寿命的设计方法。     

阀门用钛合金波纹管耐硝酸腐蚀试验研究

通过腐蚀试验,分析研究了钛合金波纹管以及未进行成形加工的钛合金直管在8 mol/L硝酸腐蚀液中耐腐蚀性能。根据试验数据计算两种状态的钛合金材料腐蚀率,进而得到年平均腐蚀速率。同时用显微镜观测腐蚀后波纹管波峰波谷各处的形貌,验证了钛合金波纹管耐硝酸腐蚀性能。     

汽车排气系统波纹管性能试验分析与改进设计

通过波纹管轴向拉压和垂直于轴向拉压的应力分布情况和弹性常数分析了其可靠性性能。结果表明:波纹管的弹性常数比设计值偏大,且无论波纹管在受到轴向拉压还是垂直于轴向的拉压时,受力最大的点都出现在固定端一侧的第五个波谷处,这也是波纹管进行疲劳实验的破裂处。最后通过适当减小壁厚对波纹管的结构进行优化和改进,使其成本降低,同时提高了设计精度和可靠性能。     

外压-拉伸位移下波纹管周向应力计算探讨

拉伸位移引起的波纹管周向应力对波纹管失稳和强度破坏的影响不可忽略。但是国内外现行标准中对于该周向应力的设计不够充分,故对位移引起波纹管的周向应力进行了研究。通过有限元法分析了波纹管在外压-拉伸位移联合作用下的周向应力,进行应力测量试验验证了有限元法计算结果的准确性;分析了波纹管板条梁模型与圆环板模型的特点,提出将波纹管等效成圆环板的简化模型,推导出拉伸位移下波纹管周向应力设计的基础公式。在大量的算例计算基础上,给出一定范围波形参数内的修正系数分布规律和计算方法,最终形成拉伸位移引起的波纹管周向应力公式。     

U形无加强波纹管平面失稳判据研究

本文采用了理论分析及非线性有限元分析的方法探讨了单纯内压载荷以及内压—轴向压缩位移载荷下U形无加强波纹管平面失稳的应力判据。与实验结果的对比表明在这两种载荷下 ,U形无加强波纹管平面失稳与否主要取决于波纹管波峰、波谷以及环板中塑性区的产生与扩展。     

有限元法分析轴向位移对波形膨胀节应力的影响

波形膨胀节的常规应力公式与实际吻合区间范围较窄,超过它的赋值区间,即会产生较大偏差.有限元方法克服了这一局限性,其理论基础是应力矩阵等于单元内的弹性系数矩阵和应变矩阵的乘积.如果有限元罔格过大,虽然对平面均布应力分析的影响不大,但是它不能正确分析平面非均匀应力和曲面的弯曲应力,往往会产生很大的偏差.其整体刚度存储程序反映了有限单元的连接原理.通过对波形膨胀节的有限元分析,可以看出,由于位移产生的弯曲应力往往大于单纯由内压引起的薄膜应力.在拉伸变形情况下,最大应力发生在波峰的内侧;在压缩变形的情况下,最大应力发生在波谷的外侧.因此设计人员和制造厂家宜采用预应力的方式进行优化设计和制造.     

多层U形波纹管轴向刚度及临界载荷的有限元分析

研究多层U形波纹管轴向刚度及临界载荷的有限元计算,并与采用工程实际经验公式的计算结果和该波纹管的试验结果作比较。同时考虑波纹管层与层之间的接触条件、波峰到波谷变壁厚以及用单层等效厚度来模拟多层波纹管等不同条件对有限元计算的影响。     

波纹管在外压-拉伸条件下的稳定性研究

对波纹管在拉伸条件下的外压稳定性进行了试验研究和非线性有限元分析 ,结果表明拉伸位移对波纹管的外压稳定性有不利影响 ,失稳是由于某一波纹局部区域的大量塑性变形而产生的。同时指出 ,对于大口径外压波纹管 ,周向应力对波纹管强度的影响超过了子午向应力