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有限元方法在膨胀节强度分析中的应用
时间:2018-12-22 07:36:16 来源:三抱石信息网 作者:匿名



1简介

伸缩缝的应用非常广泛。该领域已有大量的研究工作,但有限元法对伸缩缝的设计和研究工作相对较少。本文采用有限元方法分析了GB16749-1997规定的单层和多层伸缩缝结构在内压力作用下的塑性,并考虑了多层伸缩缝之间的接触问题。本文的数值结果表明,这些结构可以满足标准中规定的强度要求。

2个数学模型和分析工具

由于本文仅考虑了内压力和轴向位移作用下膨胀节的受力,因此轴对称模型可用于计算。本文的计算工作由ANSYS通用有限元软件完成。膨胀节结构由具有中间节点的四边形元件(PLANE82)分开。在多层伸缩缝层之间使用具有三个节点的面对面接触模型。触点对由TARGET169和CONTA172形成。该模型可以考虑夹层。摩擦力与力的相互作用。由于膨胀节处于塑性状态,本文采用计算模型中的多线各向同性加固假设,采用VonMises屈服准则的各向同性强化应力 - 应变曲线,适用于比例加载和大应变分析。 。

本文选取的结构参数符合GB16749-1997,公称直径DN=250mm,波高h=40mm,圆弧半径R=9·5mm,直边长L4=25mm,公称压力PN=1.6MPa。计算模型的边界条件是内壁受到内压,膨胀节固定在一端。根据标准,单波允许最大位移乘以伸缩缝的波数,并且在另一端给出位移量。

本文的3篇工作

3·1伸缩缝数量对计算结果的影响

为了研究膨胀节波数对计算结果的影响,分别计算了波数为3,6,12的单层膨胀节结构。膨胀节的材料是不锈钢。材料的屈服极限σs为205MPa,抗拉强度σb为520MPa。进入塑性相的应力 - 应变关系由功率增强材料模型(m=0.25)假定。压力p=1.6MPa,壁厚为3mm,位移为3×2·1mm。比较这三种情况,可以看出,当波数变化时,最大应力强度不会发生显着变化。当膨胀节长度变化很大时,最大应力强度从250·4变化到245·8MPa,应力强度最大。该值的位置,塑性区域的尺寸以及膨胀节的应力分布也是类似的。因此,在较大范围内,波数对计算结果的影响可忽略不计,因此本文的计算均为波数为6.结构的膨胀节。图1显示了波数为6的膨胀节的计算结果。受影响的层数为3.2个膨胀节

作者计算了单层,双层和三层结构的伸缩缝。根据有限元接触问题的性质和特点,膨胀节层之间的相互作用,如摩擦传递,如图2~5所示。 。图1波数为6的伸缩缝计算结果比较

与单层结构相比,双层膨胀节具有一定的相似性,如应力强度最大点的位置及其值。同时,应该看到由于内压下的膨胀节存在强塑性状态。层之间的相互作用在层之间产生明显的塑性区,但是两层之间的相对滑移很小,并且配合良好并且不发生分离。如图3所示。

与上述两种形式相比,三层结构伸缩缝的计算结果显示出较大的差异。在膨胀接合层之间的接触表面上存在明显的滑动,并且在这些层之间发生相对大的分离区域。见图。 4和5。

从以上分析可以看出,本文所用的接触单元法对于解决多层伸缩缝强度计算是非常必要的,因为在多层伸缩缝结构中存在明显的层间相互作用。同时,多层伸缩缝层之间的应力和应变在试验中不易测量。本文中的数值方法可以作为测试结果的补充。

3·3和GB16749-1997的比较

本文中GB16749-1997表A1中DN=250mm,PN为0.6,1·0,1·6,2·5,4·0MPa的单层,双层和三层伸缩缝结构计算。结果示于表1至3中,其中组合应力是根据GB16749-1997获得的σR,即由压力和位移引起的应力组合。

可以看出,有限元法计算的最大VonMises等效应力超过了材料的屈服极限,但两者都小于屈服极限值的1.5倍,即300 MPa;使用GB16749-1997的计算公式(6-1)?(6-10)组合应力σR大于屈服极限的2倍,甚至超过材料的抗拉强度。这是因为该标准的计算公式假设膨胀节处于弹性状态,本文分析了真实的材料应力 - 应变关系。虽然本文计算的这些伸缩缝的工作条件是塑性的,但不应损坏应力水平,但在设计时也要检查疲劳寿命。这种设计完整可靠。4。结论

在本文中,有限元法用于计算单层和多层伸缩缝结构。通过对上述计算结果的分析,可以得出以下结论::(1)有限元法可用于分析复杂的膨胀节结构。同时,可以考虑膨胀节塑性变形和多层膨胀等复杂因素的影响。通过分析方法很难分析这些影响。 (2)本文的计算结果表明,GB16749-1997给出的强度设计标准是可靠和合适的。本标准给出的伸缩缝结构可以满足强度要求,但在设计时也需要检查伸缩缝。疲劳寿命。

摘录自:中国计量与测量网络

关键词:伸缩缝强度,有限元法,AOC官方网站,北京世纪奥克

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下一步:设计某型导弹地面液压试验系统

阿里云

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