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多层波纹管补偿器有限元数值分析

2017-12-26 09:03:21

  波纹管补偿器是一种复杂的轴对称薄壁壳体结构,在正常的工作压力下,波纹管补偿器的变形处于线弹性范围内,当吸取位移变形后或受超压作用时,一方面波纹管补偿器的形状变化导致实际的力学模型发生改变,另一方面波纹管补偿器的的波峰及波谷附近部位局部实际处于弹塑性变形区,波纹管补偿器的数学模型涉及几何非线性及材料非线性;多层、加强型波纹管补偿器在工作状态下,波纹管补偿器层间的相互接触及加强环和波纹管补偿器的相互接触使其涉及状态非线性。因此多层、加强型波纹管补偿器是一个具有高度非线性的结构。
  采用有限元的方法可以很容易地解决几何、材料的非线性问题,需要的模型简化和理论假设比力学解析方法   少,而的结果却比力学解析方法   详细。有限元的接触分析方法,能够较好地模拟波纹管补偿器层间的作用,在模拟层间的错动、分离和滑移状态时符合实际情况,符合多层波纹管补偿器结构的实际状况。
  通过分析和讨论,可以得出如下结论:
  1)多层加强波纹管补偿器在压力和位移组合作用下,波纹管补偿器与加强段非接触的分界点处和波峰处为弹塑性变形区,侧壁处为弹性变形区。
  2)波纹管补偿器在吸取轴向位移后几何形状发生变化,变为近似Ω形波,承压能力相对增强从而使加强套环的应力降低。由于多层波纹管补偿器各层复杂的受力条件及位移作用的影响,其周向薄膜应力值相比单独内压作用下应力值略高。
  3)由于波纹管补偿器内压载荷作用下侧壁的隆起变形及位移载荷作用,会在波纹管补偿器外壁与接管相接触部位形成局部应力集中,影响波纹管补偿器实际使用寿命,尤其是当波纹管补偿器壁厚较薄时。所以该部位应避免尖角接触,对接管的该处应进行倒圆处理。
  4)对于加强波纹管补偿器,波纹管与加强段非接触的分界点处及波峰处为包含塑性应变的高应力区,侧壁为仍处在弹性变形区的低应力区,其中波峰的内部处当处于低位时又是容易出现积液的部位,故当波纹管补偿器内部输送介质包含腐蚀性物质时,极易在上述高应力区产生应力腐蚀性破坏造成波纹管补偿器的提前失效。

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