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塑料波纹管稳定性的分析

来源:塑料波纹管稳定性 作者:塑料波纹管 发布日期:2018-04-19

  塑料波纹管是一种带横向波纹的圆柱形薄壁弹性壳体,其生产历史已有一百多年。直到第二次世界大战时期,才用作仪器、仪表的弹性敏感元件和各类管道的联结元件,现已广泛用于矿山、石油、化工、冶金、电力、热力、航海、航天等工程设备中,起密封、吸振、降噪、储能、热补偿和介质隔离作用。

  塑料波纹管的主要性能是其柔性,但其柔性受到其强度和稳定性的限制。为了保证塑料波纹管的耐压力,可增加其壁厚,但柔性随之降低,达不到补偿位移、吸振降噪的作用;若通过增加波数来增加柔性,则面临柱失稳问题;若通过增加波高来增加柔性,则导致应力幅值提高,强度削弱,疲劳寿命降低,还存在平面失稳问题。

塑料波纹管稳定性的分析

  目前,大多利用轴对称单元来分析塑料波纹管的稳定性。但这样忽略了失稳本身是一个非对称性问题,即塑料波纹管在发生失稳时结构从轴对称状态到非轴对称状态的转变。塑料波纹管所受的内压、轴向、横向和角向等载荷作用大多也是非对称的,在研究时选用三维壳单元,用一系列壳单元所组成的曲面来描述塑料波纹管壳体,不但可获得完整的屈曲模态,还能减少几何形状的离散误差,而且可以克服在收敛性上遇到的困难。

  在不同工况下对塑料波纹管进行应力应变的分析是评估其对各种工况承受能力的基础和重要组成部分。世纪年代之前的结构分析主要采用解析法,根据近似简单梁、近似圆柱体、近似壳体的假设,依据弹性理论得到塑料波纹管壳体中的应力应变值。

  但由于塑料波纹管本身是一种较为复杂的轴对称薄壁壳体,且在绝大多数工况下材料处于弹塑性大变形范围内,因而在解析解与塑料波纹管材料的实际响应之间存在着较大的误差。为使两者间达到近似的统一,学者们在解析法得到的近似解中引入了由图表形式。

  20世纪70年代以后,随着计算机技术的飞速发展,有限元分析在结构分析中的地位日渐突出,许多商用有限元软件应运而生。有限元分析以其在解决几何非线性、材料非线性和结构非线性问题方向的独特优势而为愈来愈多的研究人员所接受。非线性有限元计算能够有效地解决传统的解析法无法计算的塑料波纹管弹塑性大变形范围内的载荷应力响应问题。研究表明:利用非线性有限元分析,可以较好地模拟真实塑料波纹管的载荷应力响应。用于单层塑料波纹管的结构分析,结果是可靠的,并且与试验数据较为吻合。

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