波紋金屬軟管結(jié)構(gòu)的研究和分析

文章來(lái)源：http://www.dingy176.cn 發(fā)布時(shí)間：2020-05-19 瀏覽次數(shù)：54

金屬軟管的獨(dú)特優(yōu)異性能已得到工程界的認(rèn)可。隨著金屬軟管接頭的應(yīng)用不斷擴(kuò)大，對(duì)其性能指標(biāo)的要求也在不斷提高。從20世紀(jì)50年代到現(xiàn)在，包括美國(guó)，英國(guó)，俄羅斯，神戶(hù)，韓國(guó)和中國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家都在進(jìn)行金屬軟管的研究。目前，國(guó)內(nèi)大多數(shù)生產(chǎn)和研究機(jī)構(gòu)都在從事金屬軟管主要部分的分析和研究工作，對(duì)網(wǎng)鋼絲的研究較少。

波紋金屬軟管結(jié)構(gòu)的研究和分析主要采用以下方法：

工程近似：大多數(shù)方法使用直梁或曲梁模型來(lái)簡(jiǎn)化波紋管，然后應(yīng)用材料力學(xué)方法給出一些簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)公式和工程圖表。其主要目的是為波紋管找到一種實(shí)用而簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方法。眾所周知的美國(guó)膨脹節(jié)制造商協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)EJMA標(biāo)準(zhǔn)被用作其應(yīng)力設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。

分析方法：波紋補(bǔ)償器軟管的波紋管被認(rèn)為由兩個(gè)半圓形殼體和一個(gè)圓形板組成，解決問(wèn)題被認(rèn)為是圓形殼體和環(huán)形板的解決方案。利用環(huán)殼和環(huán)形板的線性理論，將環(huán)和環(huán)板的相關(guān)方程代入連接條件，形成一系列方程。通過(guò)同時(shí)解決方案，U形波紋管在軸向方向上自由移位。壓制了一系列剛度和最大彎曲應(yīng)力曲線和公式，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較了結(jié)果。

數(shù)值分析：伴隨著計(jì)算機(jī)和計(jì)算數(shù)學(xué)的發(fā)展，主要是有限元法，有限差分法，邊界元法和加權(quán)殘值法。以計(jì)算機(jī)為基本手段的有限元方法的出現(xiàn)，使古代固體力學(xué)得以復(fù)興，成為工程數(shù)值分析的有力工具。它還被廣泛用于計(jì)算波紋管的機(jī)械性能。有限元方法將結(jié)構(gòu)離散化為多個(gè)元素，并認(rèn)為元素僅在節(jié)點(diǎn)之間具有連接。根據(jù)靜態(tài)等效原理將載荷簡(jiǎn)化為每個(gè)節(jié)點(diǎn)，并通過(guò)彈性力學(xué)的基本方程和能量原理建立節(jié)點(diǎn)位移。對(duì)于代數(shù)方程的基本未知數(shù)，可以通過(guò)求解節(jié)點(diǎn)位移來(lái)求解應(yīng)力和應(yīng)變。有限元分析因其在解決幾何非線性，材料非線性和大變形等非線性問(wèn)題方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)而被越來(lái)越多的研究者所接受。

簡(jiǎn)而言之，對(duì)波紋管靜力學(xué)的研究非常重要。除了傳統(tǒng)方法之外，還使用有限元方法，但是使用軸對(duì)稱(chēng)單元或主體單元。從幾何角度來(lái)看，波紋管是一種薄壁殼結(jié)構(gòu)，軸對(duì)稱(chēng)單元的選擇可以大大減少單元數(shù)量，節(jié)省計(jì)算時(shí)間。然而，從波紋管的力的角度來(lái)看，它不僅通過(guò)軸向力而且還通過(guò)橫向位移，彎曲位移或角位移來(lái)補(bǔ)償，并且有時(shí)能夠承受扭矩，這使得難以準(zhǔn)確地描述波紋管的靜止。機(jī)械性能，特別是波紋管的不穩(wěn)定性，軸對(duì)稱(chēng)單元的有限元計(jì)算結(jié)果仍遠(yuǎn)未達(dá)到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。另外，波紋管的設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮電源問(wèn)題，導(dǎo)致金屬軟管在工作中受到共振損壞，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會(huì)影響。然而，金屬絲網(wǎng)或鋼帶的編織參數(shù)的設(shè)計(jì)較少涉及。在一般的工程應(yīng)用中，受到流體介質(zhì)壓力的金屬軟管被認(rèn)為是壁式容器，并且由中壓產(chǎn)生的橫向載荷乘以比例系數(shù)。它由波紋管殼體承載，并且所產(chǎn)生的縱向載荷主要由編織網(wǎng)套管的鋼絲承載。然而，沒(méi)有關(guān)于作用機(jī)理，金屬軟管接頭的金屬絲網(wǎng)的機(jī)械性能和網(wǎng)的平衡編織角設(shè)計(jì)的文獻(xiàn)討論。因此，利用有限元數(shù)值分析理論準(zhǔn)確分析金屬軟管的力學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)金屬軟管結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足現(xiàn)代工程的迫切需要，是當(dāng)前金屬軟管的設(shè)計(jì)和使用中迫切需要解決的問(wèn)題。