基于ANSYS的金属软管非线性有限元应力分析
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摘要
本文在对波纹管的力学性能系统研究的基础上，提出了金属软管计算非线性有限元模型。通过计算分析与试验相结合，以金属软管轴向刚度的研究为例，研究了网套的作用，对金属软管网套的作用有了一定的认识。同时着重探讨了多层波纹膨胀节，结合边界非线性理论，运用有限元软件ANSYS构造了一种新颖、合理的多层波纹管有限元模型，基本解决了多层波纹管设计计算问题。通过仿真模拟多层波纹管载荷—响应状况，比较多层波纹管和单层波纹管的特性，得出的计算结果与试验数据进行比较验证，证明了应用非线性有限元分析是一种准确的研究方法。利用编制的专用程序，使得金属软管和多层波纹管的建模、求解参数化、自动化。同时在ANSYS中使用专用后处理程序，可以方便的得出各向刚度曲线等图表，为金属软管和多层波纹管的设计生产提供了参考。
Based on system research of bellows' mechanic performance, this paper puts forward a finite model of metallic hose. Through the combination of analysis and experiments, we get a certain sense of the function of net cover. Setting the research of axis EI as example, this paper studies the effect of net cover . Meanwhile we discuss the multilayer bellows with boundary non-linearity theory, exercise FEA software ANSYS construct a kind of novelty and logical model of multilayer bellows, then basically settle multilayer bellows of design and calculate. The results of ANSYS and the datum of experiments are accordant. The model based on the paper are proved to be better in simulating the multilayer bellows, and workout a special program make design parameterly and automatic. Making use of post program can get EI curve convenient and give the reference of metallic hose and multilayer bellows design.
Based on system research of bellows' mechanic performance, this paper puts forward a finite model of metallic hose. Through the combination of analysis and experiments, we get a certain sense of the function of net cover. Setting the research of axis EI as example, this paper studies the effect of net cover . Meanwhile we discuss the multilayer bellows with boundary non-linearity theory, exercise FEA software ANSYS construct a kind of novelty and logical model of multilayer bellows, then basically settle multilayer bellows of design and calculate. The results of ANSYS and the datum of experiments are accordant. The model based on the paper are proved to be better in simulating the multilayer bellows, and workout a special program make design parameterly and automatic. Making use of post program can get EI curve convenient and give the reference of metallic hose and multilayer bellows design.
引文
[1]．葛子余．《金属软管》，宇航出版社，1985
[2]．蒋孝煜．《有限元基础》，清华大学出版社，1992
[3]．蒋友谅．《非线性有限元法》，北京：北京工业学院出版社，1988
[4]．刘鸿文．《板壳理论》，浙江大学出版社，1987
[5]．高德平、吕文林、饶寿期．《机械工程中的有限元法基础》，航空专业教材编写组，1986
[6]．王勖成、邵敏．《有限单元法基本原理与数值方法》，清华大学出版社，1988
[7]．王志群．《非线性有限元原理与应用》，南京：南京理工大学，1991
[8]．吕和祥、蒋和洋．《非线性有限元》，化学工业出版社，1992
[9]．王志群．《非线性有限元原理和应用》，华东工学院，1989
[10]．丁皓江、何福保、谢贻权、徐兴．《弹性和塑性力学中的有限元法》，机械工业出版社，1989
[11]．吴连元．《板壳理论》，上海：上海交通大学出版社，1986
[12]．陈铁云、陈伯真．《弹性薄壳力学》，华中工学院出版社，1983
[13]．余国骔．《化工容器与设备》，化学工业出版社，1980
[14]．陆明万，轴对称薄壳弹塑性大变形有限元分析，力学学报，1984，16(3)：241～248
[15]．樊大钧．《波纹管设计学》，北京理工大学出版社，1988
[16]．钱伟长．波纹管的制造、设计、实验和理论，应用数学与力学论文集，江苏科学技术出版社，2000
[17]．何君毅、林祥都．《工程结构分线性问题的数值分析》，国防工业出版社，1994
[18]．王国强．《实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践》，西北工业大学出版社，2000
[19]．林祥都．《工程结构非线性问题的数值解法》，北京：国防工业出版社，1994
[20]．张立权、蔡善祥、卢志毅．多层多波膨胀节试验研究(一)-刚度试验．压力容器，1984，6(1)：1-6
[21]．张立权、朱海权、卢志毅．多层U形膨胀节试验研究(二)-疲劳、失稳与爆破试验．压力容器，1984，6(2)：6-11
[22]．张立权、卢志毅、蔡善祥．多层多波膨胀节试验研究(三)-应力测试．压力容器，1985，2(2)：17-28
[23]. Standards Of The Expansion Joint Manufacture Association, 1998
[24]．郭兆海．现代汽车排汽管系统用波纹管挠性节元件，南京晨光集团弹性元件厂
[25]．半软态金属软管编织参数设计，南京晨光金属软管公司内部资料
[26]．黎廷新、李添祥、方子风．多波膨胀节的内压失稳，石油化工设备，1987，No．6，P25-31
[27]．钱逸、陈龙根．U型膨胀节稳定性实验研究，化工设备设计，1984，No．2，P19-22，31
[28]. K. Iwata、K. Tsukimore. A Symmetric Load-Stiffness Matrix for Bucking Analysis of Shell Structures Under Pressure loads, Int. J. Press.Vess.&Piping 45(1991), 101-120
[29]．柳庆喜．金属软管网套编织参数的确定，管道技术与设备，1997，No．6，P15-17
[30]．郭兆海．石油储罐进出口管段用抗震用金属软管，管道技术与设备，1998，No．2．P30-32
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