波纹管失稳的机理及分析方法

波纹管失稳的机理及分析方法

来源：沧州永源机械 发布时间：2017-11-16 11:07

关键词：波纹管

　　波纹管在内压作用下失稳是常见的失效现象。《美国膨胀节制造商协会标准》（EJMA）将波纹管的失稳分为柱失稳和平面失稳两种形式，并给出了极限设计内压的计算公式。与标准中应力计算公式由壳体弹性理论的解导出不同，这两个公式的依据出自人为假设，属于经验公式。这种人为设想的失效机理是否合理、公式的误差范围有多大还需研究。有限元分析对波纹管的失稳机理进行了探讨，给出用非线性屈曲计算极限内压的方法，并用该方法对一些复杂条件下的失稳问题进行了计算分析。
　　有限元软件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。由于波纹管的柱失稳和平面失稳都可能在塑性状态下发生，因此需采用非线性屈曲分析，材料模型为弹性理想塑性体。
　　用该方法计算波纹管在位移状态下的失稳非常方便。对轴向位移可将有缺陷的波纹管拉、压后计算，对横向位移和角位移更简单—无需加初始缺陷可直接计算。
　　在10波中加中间管成为复式波纹管。有限元计算结果：中间管长200mm时极限内压为0.68MPa，长1500mm时极限内压为0.61MPa。这说明中间管增长极限内压将有所降低，而EJMA认为中间管对极限内压无影响。考虑到柱失稳是波纹管发生的是弯曲变形，而中间管越长复式波纹管的横向刚度越小，因易于发生变形致使极限内压降低也是合乎情理的。
　　结构的稳定性问题一般比强度问题复杂，EJMA用简单公式计算极限内压误差较大，因此选用了较大的安全系数。为了提高设计水平可以用有限元计算极限内压。有限元的另一个优点是对各种工况可用统一的方法处理，不必像用公式计算那样引入各种繁杂的调整系统。有限元计算也有误差，进一步发展有限元算法需要与试验研究相结合，对计算模型或计算结果加以修正。