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管道金属膨胀节内压侧壁鼓胀研究

2017-09-25 16:49:21

  随着管道金属膨胀节在各个行业的广泛应用,在一些应用场合,对其某些性能指标提出了较高的要求,如在波纹管总长固定下对轴向刚度有苛刻要求的场合,由于管道金属膨胀节的单波轴向刚度与波高立方成反比,设计方案选为高波高、薄壁、多层结构。试验发现,对于直径较大的高波高、薄壁、多层结构膨胀节承受压力时会出现侧壁鼓胀,侧壁环板区域出现较大变形,中点挠度值较大。通过有限元应力分析可知,侧壁环板处为高应力区,等效Mises应力较大,   先出现屈服。同时波峰、波谷处于低应力区,此后随着压力的逐渐增大屈服区域向波谷和波峰两侧扩展。
  侧壁鼓胀是管道金属膨胀节子午向刚度不足的典型表现,从强度角度来讲,膨胀节产生侧壁鼓胀形式的子午向屈服是由于子午向应力过大所引起的。EJMA标准第九版在内压承压章节中认为,U形波纹截面较大的子午向应力将会引起侧壁鼓胀,任何波纹形状的变化都会引起侧壁间隙的减小,降低膨胀节位移补偿能力,对疲劳寿命也有可能产生   的影响。显然,严重的侧壁鼓胀是不允许的,当膨胀节产生严重侧壁鼓胀时,环板屈服区域大,变形量大,对膨胀节位移补偿和疲劳寿命都有   的影响。
  大家主要通过基于有限元的侧壁鼓胀模拟分析,探讨对于高波高、薄壁、多层结构膨胀节设计时子午向刚度的校核,从而使得一些设计结构的膨胀节在满足强度条件的基础上,侧壁环保不能有较大的变形和较大区域的屈服,设计满足位移补偿和疲劳寿命的要求。
  薄壁膨胀节在高压力下的侧壁鼓胀是子午向刚度不足的表现,标准中未曾设计膨胀节子午向的刚度校核,显然对于一些性能要求的膨胀节设计时考虑其子午向刚度校核从而避免侧壁出现严重鼓胀具有   意义。
  针对平面失稳而言,在膨胀节出厂水压试验中,要求1.5倍的设计压力包含温度修正下,管道金属膨胀节不失稳;在   承压试验中,EJMA标准对两端固支承内压膨胀节平面失稳   系数取为1.75,将侧壁鼓胀的   裕度同样取为1.75。
  结合直梁模拟对管道金属膨胀节的侧壁鼓胀问题进行了初步的探讨,提出了基于直梁模型的膨胀节子午向刚度校核方程,从而得出侧壁鼓胀   设计内压表达式。针对侧壁鼓胀形式的子午向屈服对膨胀节使用性能的影响及子午向刚度的   为合理校核,需要多膨胀节研究学者参与使之完善。

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