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膨胀节的失稳分析方法总结

有限元App一般提供两种失稳分析方法,即特征值屈曲分析和非线性屈曲分析。特征值法是弹性分析,不能用于出现塑性变形的结构。由于膨胀节的柱失稳和平面失稳都可能在塑性状态下发生,因此,本文采用了非线性屈曲分析,材质模型为弹性理想塑性体。本节算例假设材料的弹性模量为2x10 Mpa、屈服应力为230Mpa。有限元App为ANSYS,采用Shell 51壳单元。进行非线性屈曲分析需要给波纹管膨胀节设置初始缺陷,使其成为非轴对称体。初始缺陷可以是波纹局部材料不均匀或形状不规整。造成失稳的极限内压用弧长法计算。
1.柱失稳
波纹补偿器几何参数:内径150mm、波高25mm、波距25mm、壁厚0.5mm、10个波。用公式计算的极限内压为0.17Mpa(已加安全系数)。
2.平面失稳
波纹补偿器几何参数:内径300mm、波高30mm、波距30mm、壁厚0.8mm、4个波。用公式计算的极限内压为0.63Mpa(已加安全系数)。
3.小结

用非线性屈曲分析既可以得出柱失稳又可以得出平面失稳,从侧面说明这两种失稳机理相同,波纹补偿器*终发生何种失稳因波纹参数而定(主要是波数)。

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