史晓凌[1]2003年在《U型波纹管在扭转载荷作用下的稳定性分析》文中认为本文采用数值分析的方法对U型波纹管膨胀节在扭转载荷作用下的稳定性进行分析。本论文用非线性有限元预测出波纹管在扭转载荷作用下的失稳模态和失稳临界扭矩,并根据不同几何尺寸波纹管的失稳临界扭矩预测值,讨论了波纹管各结构参数对其失稳特性的影响。随波数增加,非线性失稳临界扭矩减小;厚度对失稳临界扭矩的影响很大,随厚度的增加非线性失稳临界扭矩增大;随波高增大,非线性失稳临界扭矩有所减小;圆弧半径的变化对非线性失稳临界扭矩影响很小;随波根外直径的增大,非线性失稳临界扭矩增加。之后,比较了线性和非线性两种分析方法所得的结果,并用弧长法模拟了波纹管的后屈曲过程。最后根据已得出的分析计算结果,提出了在扭转载荷作用下U型波纹管膨胀节失稳临界扭矩的近似计算公式。在对扭转载荷单独作用下波纹管稳定性分析的基础上研究波纹管在内压和扭转共同作用下的稳定性,讨论了在内压作用下波数变化对失稳临界扭矩的影响,以及内压变化对波纹管失稳临界扭矩的影响。发现,内压改变对波纹管失稳临界扭矩的影响随波数变化而不同。<WP=3>针对多层波纹管较复杂的结构特点,建立了相应的有限元参数化模型,通过有限元分析,研究了不同层数的波纹管在扭转载荷作用下的失稳特性,比较了多层波纹管与等厚度单层波纹管在承受失稳临界扭矩时应力分布的异同,并初步讨论了多层波纹管的层间接触问题。
高海涛[2]2001年在《U型波纹管在扭转载荷作用下的稳定性研究》文中提出本文采用数值分析的方法对U型波纹管膨胀节在扭转载荷作用下的强度和稳定性进行分析。 本论文分别采用有限元法和等效圆筒法对波纹管在扭转载荷作用下的应力分布和位移变化情况进行了计算。等效圆筒计算和有限元分析均表明，在相同的扭转载荷作用下，随着波数的增加，波纹管所受的扭转剪应力基本不变，扭转角逐渐增加，而且采用等效圆筒计算扭转剪应力和用有限元计算的扭转剪应力基本相同，用等效圆筒来计算扭转剪应力是一种方便有效的方法。 有限元分析表明，波纹管在扭转载荷作用下存在两种失稳形式，即平面失稳和柱面失稳。本文考虑了波纹管的波数、厚度、轴向压力以及波高、波距对波纹管的临界失稳载荷和失稳模态的影响。随着波数的增加，波纹管的失稳模态由平面失稳转为柱面失稳，而临界失稳载荷则逐渐减小；随着厚度的增加，波纹管的临界失稳载荷迅速提高，增加厚度可以较大的提高波纹管承受扭转载荷的能力；轴向力对承受扭转载荷的波纹管的稳定性的影响很小；小波高的波纹管易于发生平面失稳，而小波距的波纹管则更易于发生柱面失稳。 本文对波纹管在扭转载荷作用下的非线性失稳进行了初步分析，由屈曲历程及应力随载荷的变化关系，可知，承受扭转载荷的波纹管在接近失稳之时，其扭转剪应力Sxy和Syz变化很小，而正应力Sx、Sz和剪应力Szx则迅速增加，导致波纹管发生失稳。通过对非线性失稳和线性失稳分析结果的比较可知，对于平面失稳，用线性失稳载荷来替代非线性失稳载荷是不安全的；而对于柱面失稳，这种替代在北京化工大学学位论文用纸一定的安全范围内是可行的。关键词:波纹管，有限元，稳定性一~一一一一一.一一-‘一.一一一~.一~一一 .11·
史晓凌, 徐鸿, 寿比南[3]2002年在《波纹管在扭转载荷下的稳定性分析》文中研究说明采用非线性有限元分析了波纹管在扭转载荷下的失稳模态和临界失稳扭矩 ,讨论了各参数对失稳的影响 ,与线性分析得到的结果进行比较 ,并尝试用弧长法模拟波纹管的后屈曲过程。
阿斯耶姆·肖开提[4]2012年在《S型焊接金属波纹管力学性能分析和结构参数优化》文中提出本文以S型焊接金属波纹管的膜片为研究对象,首先对有限元分析方法和动力学理论进行了简单介绍，然后建立了不同膜片数量的有限元数值模型并根据工作条件给定了相关边界条件，通过有限元数值计算综合对比研究了波纹管膜片个数对其变形量、应力、应变和刚度的影响，建立了它们之间的数值关系；其次利用理论计算和有限元计算方法对单、双层波纹管进行了轴向及扭转刚度分析，将计算结果进行对比验证；最后对波纹管膜片详细进行了模态分析和结构尺寸优化分析，进一步完善了膜片的轴向变形量和刚度，获得了较合理的新的波纹管膜片尺寸，从而提出了新的优化膜片形状。主要研究成果如下：1）通过用有限元分析方法建立了波纹管不同层数结构的数值模型并对比分析了膜片数对应力，应变和位移的影响。外力比较小的条件下，第一个膜片以外（特殊情况），从第二个膜片开始膜片数对应力，应变基本上没有影响。但是，随着膜片数的增加，轴向变形量逐渐增加，而且外力的增加，使轴向变形量增加的加快。轴向位移的增加对波纹管刚度（减小）有好的影响。2）对单双层波纹管在其弹性范围内分别进行了轴向刚度、扭转刚度的数值分析和EJMA标准法计算；并将理论计算结果与数值计算结果进行了对比和分析，从而得到了S型单、双层波纹管轴向及扭转刚度的合理的计算方法以及验证波纹管在扭转方向基本上是刚性的。通过计算不同膜片数的波纹管模型，分析了膜片数对刚度（或挠度）的影响，获得了随着膜片数的增加刚度减小并并且膜片数20左右开始趋于稳定。3）通过膜片结构的尺寸优化，消除了原模型中的应力集中，并且完善了膜片的轴向位移量，提高了膜片的刚度，推出了较合理的新的波纹管膜片尺寸。优化以后重新建立的有限元模型中原来的应力集中现象被消失了。优化以前单元数和节点数较少，优化以后增多了，这表明优化以后的模型更精细地离散化了。4）随着波纹管膜片数的增加，变形量也增加，这表明轴向变形（位移）的增大，使刚度减小（挠度增大）。
朱卫平[5]2001年在《波纹管非轴对称问题研究》文中进行了进一步梳理波纹管是一类子午线呈波纹状的旋转壳，作为弹性敏感元件、密封元件和位移补偿器，在现代工业、国防及民用设备中有广泛的应用。波纹管长期以来都是板壳力学研究的重要课题之一。 自1844年应火车蒸汽机测压要求首次提出波纹管以来，已有大量工作是针对其轴对称问题的，例如，1958年美国EJMA依据实验和材料力学公式首先颁布了轴向式波纹管工程设计标准；1979年钱伟长首次给出了轴对称圆环壳一般解(精确解)，开辟了波纹管理论分析的新途径；1986年黄黔为轴对称旋转壳非线性特性分析提供了一个有效的数值方法，解决了波纹管轴对称弹性变形问题。近20多年来，波纹管的非轴对称问题也已受到关注，但迄今为止，有关的研究工作尚远未尽人意。 关于波纹管整体弯曲问题。包括纯弯曲和横向弯曲。1976年E.L.Axelrad较完整地给出了线性的和非线性的柔性旋转壳理论(在子午线方向按弯曲理论处理，在环向按薄膜理论处理)，并用其线性理论讨论了波纹管。这一理论符合弹性元件在变形时其弯曲主要发生在子午线方向的特点，但所给的解是叁角级数形式的特解，限制较多且不能完全地满足边界条件；EJMA标准(1993，1998版)将整体弯曲问题等效成轴对称问题处理；其他工作则限于实验分析和基于一般旋转壳线性理论的数值分析。 关于波纹管在内压或外压作用下的非轴对称屈曲问题，常称为柱失稳和平面失稳(横截面翘曲)。现有的一些破坏试验、2001年上海大学博士学位论文经验公式及有限元分析还不能满意地解释其失稳机制.1974年美国Flixborough因波纹管失稳破坏，死亡28人. 关于波纹管的振动问题.包括轴向振动和横向振动.EJMA标准(1993，1998版)提供了估算波纹管轴向振动、横向振动固有频率的简化公式.目前，与动力相连的管道系统，由于波纹管的固有频率估算不准确，导致系统剧烈振动以致不能正常运行的事故时有发生. 综上所述，波纹管轴对称弹性变形问题已得到较为充分的分析.波纹管整体弯曲问题，其线性问题缺少正确的理论解(目前工程设计规范，如AMSE，仍采用线性解)，其非线性特性分析尚未见有文献涉及;波纹管振动问题未被仔细分析;对于波纹管在内压或外压作用下的非轴对称屈曲问题，现有的认识是粗浅的.此外，基于壳体理论的分析都没有考虑多层波纹管问题. 针对上述问题，本文先以柔性旋转壳的线性理论为基础，给出了几种常用波纹管整体弯曲问题的一般解.然后根据一般旋转壳的几何非线性理论，用数值法分析了几种常用的波纹管整体弯曲的非线性特性;通过求解线性化特征值间题研究了波纹管横向振动及轴向振动的固有频率和振型;在内压或外压作用下非轴对称屈曲的临界载荷和屈曲模态.本文的数值分析考虑了多层波纹管问题.主要工作如下: 1.提出一种以柔性旋转壳线性理论为基础的端面受弯矩和横向力联合作用的中细圆环壳方程，并首次给出方程的一般解 (即由齐次解加特解构成的通解，历史上只有少数几个经典间题给出了成功的一般解，例如，小挠度圆薄板，轴对称圆柱壳，轴对称圆锥壳，轴对称球形扁壳，钱伟长轴对称圆环壳一般解).这种解克服了以往在处理类似问题时所采用的叁角级数形式的 波纹管非轴对称问题研究特解对收敛性的限制和处理边界间题时的不足. 2.将上述一般解用于计算O型波纹管、C型波纹管和U型波纹管在纯弯矩作用下的弯曲刚度和应力分布;用于计算Q型波纹管、C型波纹管在端面给定横向位移时的横向刚度和应力分布;并用本文提出的数值法验证了一般解的计算结果;将有关结果和已有实验的结果及按EIMA标准计算的结果作了比较分析，证明本文提出的解是有效的. 3.本文讨论了C型波纹管和U型波纹管分别在端面弯矩和横向力作用下的非线性特征.采用了Sanders一般旋转壳中小转动非线性几何方程;提出一个以整个旋转壳的环向应变加权平均为小参数，将节点位移列式、节点载荷列式直接展开的摄动解，克服了常用的迭代法和载荷增量法需要反复试凑的困难，直到材料屈服前都是有效的;提出一种适合计算多层薄壁波纹管的单元. 4.本文通过求解线性化特征值问题讨论了U型波纹管(单层、多层)在内压或外压作用下平面失稳的机理、临界载荷和屈曲模态，考虑了屈曲前结构的弯曲和转动、屈曲时载荷方向的转动，和已有的实验进行了对比，得出结论:波纹管平面失稳后的平衡是稳定的，可按强度条件确定其失效载荷.本文借助于等效模型讨论了波纹管在内压作用下的柱失稳，证明了等效性，引人了正确的整体抗弯刚度，得到的临界载荷和已有的实验一致.本文还讨论了C型波纹管和U型波纹管轴向振动、横向振动的固有频率和振型. 上述工作已经包含了波纹管的轴对称问题分析.对闭合环壳、柱壳、环板等同样有效.依据这些工作能准确地计算波纹管的工程问题:轴向刚度，角向刚度，横向刚度;轴向振动固/了汽一脚口2001年上海大学博士学位论文有频率，横向振动固有频率;柱失稳临界载荷，平面失稳临界载荷;由内(外)压作用引起的应力;由轴向位移、角向位移、.?
陈龙[6]2012年在《水下压力补偿用波纹管的力学性能分析及结构设计》文中研究指明深海压力问题是各种水下仪器设备所面临和必须首先解决的共性问题，压力补偿是当前国内外常用的、优先考虑和选择的途径。在诸多压力补偿装置中，波纹管式压力补偿装置被广泛使用，作为压力补偿装置主体元件的波纹管的性能直接影响整个装置的性能。本文利用有限元法，在考虑几何、材料非线性情况下，对承受轴向载荷的U型波纹管进行非线性静力分析，探讨了该类型波纹管在深海压力环境下作为压力补偿元件的力学性能。提出了波纹管变形后体积变化量的计算方法；在考虑液体可压缩性基础上，推导出波纹管体积变化量与内外压差以及相应工作水深间的关系公式，并给出了相应的计算流程；结合充油式深海压力传感器的压力补偿用波纹管，分析了轴向刚度与补偿性能间的关系，并进一步分析了波纹管的结构参数（壁厚、波高、波数）对其轴向刚度的影响；采用正交试验法对波纹管波纹参数取值进行优化，获得了波纹管性能较优的波纹参数范围；在上述研究的基础上，提出了一种用于水下压力传感器的压力补偿装置的双波纹管设计方案，为水下传感器的压力补偿装置的设计提供参考。
李志平[7]2016年在《管道用U形外压膨胀节的应用研究》文中进行了进一步梳理U形外压膨胀节具有无柱失稳、轴向补偿量大、安装便捷等优点,在实际生产中的应用越来越广泛。目前关于膨胀节的应用研究有很多成果,但大部分都集中在内压U形膨胀节方面,外压膨胀节很少涉及。为深入了解外压膨胀节的力学特性,为工程实践提供参考,本文利用常规方法和有限元分析方法对承受外压的U形膨胀节核心部件——波纹管进行强度、疲劳以及稳定性分析,具体研究内容如下：(1)采用EJMA常规设计方法进行波纹管的设计校核,为后续计算提供参照。利用极限载荷分析法进行波纹管的极限载荷分析,研究了拉伸位移、波形参数以及层间接触状态对波纹管极限承载能力的影响,并在此基础上进行单层和多层波纹管极限承载能力的对比研究。结果表明：拉伸位移(许用范围内)和层间接触状态对波纹管极限承载能力几乎没有影响,波纹管极限承载能力与波形参数负相关；多层波纹管极限承载能力弱于同等厚度的单层波纹管。(2)采用二倍屈服法进行波纹管的弹塑性疲劳分析。研究了拉伸位移、波形参数以及层间接触状态对波纹管疲劳寿命的影响,并在此基础上进行单层和多层波纹管疲劳寿命的对比研究。结果表明：拉伸位移和层间摩擦对波纹管疲劳寿命几乎没有影响,波纹管疲劳寿命与波纹管波形参数及层间间隙负相关；多层波纹管的疲劳寿命短于同等厚度单层波纹管的疲劳寿命。(3)采用特征屈曲分析和非线性屈曲分析进行波纹管的稳定性研究。研究了拉伸位移、波形参数以及层间接触状态对波纹管稳定性的影响,并在此基础上进行特征屈曲分析和非线性屈曲分析以及单层和多层波纹管稳定性的对比研究。结果表明：波纹管特征屈曲载荷随着拉伸位移的增大先增大后减小,随着波形参数的增大而减小；波纹管非线性屈曲载荷不受层间接触状态以及初始缺陷的影响；波纹管非线性屈曲载荷明显小于特征屈曲载荷,且层间接触会导致波纹管非线性屈曲载荷减小(4)采用VB进行ANSYS二次开发,编写U形波纹管常规和分析设计计算软件。软件不仅可以简化计算步骤、提高计算效率、减小计算成本,也可以降低分析设计方法应用的门槛。
汪扬[8]2005年在《多层波纹管膨胀节的强度、刚度与屈曲分析研究》文中研究说明波纹管膨胀节在现代工程多个领域有广泛的应用,尤其在航空航天工程中,多层波纹管膨胀节也具有十分重要的应用价值。 本文主要研究了单层和多层波纹管强度、刚度和屈曲问题,采用大型通用有限元结构分析软件ANSYS对单、多层波纹管进行了强度、刚度和屈曲分析。本文选用空间壳单元 shell93,建立了单层及多层波纹管的有限元结构分析模型,考虑了多层波纹管层与层之间在接触情况下的强度、刚度、屈曲问题,并将分析结果与美国 EJMA 标准中波纹管设计公式得出的结果进行了比较,验证了使用ANSYS计算多层波纹管方法的有效性。 建模本文使用了ANSYS中的参数化设计语言APDL,节省了建模和建立接触对进行结构分析的时间,提高了数值计算的效率。本文分析了单层和多层波纹管在一端固支,另一端分别为自由时的轴向和径向载荷作用下的应力分布,以及接触对之间变形、应力的状况;对多层波纹管的刚度分析了接触情况下层数对多层波纹管刚度的影响,对波纹管的稳定性分析了单层情况下波数对屈曲的影响以及接触情况下多层波纹管的极限屈曲载荷。本文的研究工作为实际多层波纹管膨胀节的结构分析打下基础。其方法可在工程中应用。
姚琳[9]2006年在《Ω形波纹管膨胀节极限载荷的研究》文中进行了进一步梳理本文主要分析了不带加强环的单层单波Ω形及单层单波U形膨胀节在内压作用下的最大载荷、在轴向力作用下的最大载荷以及能承受的最大轴向位移，并按照分析设计标准对两者的承载与变形补偿能力进行了比较；分析了带加强环和不带加强环的单层单波Ω形膨胀节在内压作用下的最大载荷、在轴向力作用下的最大载荷以及能承受的最大轴向位移，并按照分析设计标准对两者的承载与变形补偿能力进行了比较；分析了带加强环的多层单波Ω形膨胀节在内压作用下的极限载荷，并与常规计算公式进行比较；将梁、壳单元及实体单元换热器模型计算结果与实测值进行比较、将带Ω形及U形膨胀节与不带膨胀节的固定管板式换热器的梁、壳单元模型的计算结果比较，得到以下结论： 1．在内压作用下，不带加强环的单层单波Ω形和U形膨胀节应力强度最大值均发生在倒圆角与简体直边段相连处，但前者的强度条件由膨胀节中部结构连续处的P_m+P_b值控制，后者的强度条件由膨胀节中部结构连续处的P_m值控制，Ω形膨胀节承受内压的能力稍大于U形膨胀节。 2．在轴向力作用下，上述两种膨胀节的最大应力强度都发生在波峰中部，强度条件均由该处的P_m+P_b值控制，U形膨胀节承受轴向力的能力大于Ω形膨胀节。 3．在同样的轴向力作用下，Ω形膨胀节的轴向补偿量较大。但在各自能承受的最大轴向载荷下，U形膨胀节能达到的轴向补偿量更大。 4．在内压作用下，带加强环的单层单波Ω形膨胀节应力强度最大值发生在膨胀节中部的结构连续处，其强度条件由该处的P_m+P_b值控
黄滟[10]2006年在《轴向冲击下薄壁组合结构吸能特性分析》文中提出对于船舶工业、汽车工业和航天航空业来说,撞击现象一直是一个极其重要和不可回避的问题。目前,能够实现极大变形破坏的可压缩缓冲吸能结构有多种多样。薄壁结构,如圆柱壳、方壳、波纹管以及泡沫铝填充结构都具有良好的缓冲吸能特性,对其研究通常以实验和仿真模拟相结合的方法开展。近年来,数值仿真计算的发展和完善,大大促进了薄壁组合结构耐撞性研究和实际应用。动态显示非线形有限元模拟技术的发展为薄壁组合结构耐撞性研究提供了新的手段,与实验研究方法相比,数值仿真具有节省实验经费、缩短开发周期、研究范围广且不受实验条件限制等优点,利用数值仿真技术研究结构耐撞性已成为必不可少的内容。本文对传统的金属薄壁管、填充了泡沫铝的不同截面壳体、波纹管等工程中应用广泛的结构单元,在受轴向冲击载荷下的变形过程进行了数值模拟。首先从理论上,在动态显式非线性有限元基本原理、思路和实现方法的基础上对有限元仿真模型建立的关键技术进行讨论,为建立正确的有限元仿真数据模拟打下基础。然后,用ANSYS/LS-DYNA显式动态有限元分析软件,对结构轴向冲击过程进行仿真,给出了变形以及所受压溃力、吸收能量以及比吸能等随轴向压缩位移曲线图等,讨论了截面形式、冲击速度、薄壳材料参数和泡沫铝密度参数对结构缓冲吸能的影响。通过分析比较提出更加优质合理的抗冲击结构形式,在实用工程设计中,达到节约材料、减轻质量的效果。
参考文献：
[1]. U型波纹管在扭转载荷作用下的稳定性分析[D]. 史晓凌. 北京化工大学. 2003
[2]. U型波纹管在扭转载荷作用下的稳定性研究[D]. 高海涛. 北京化工大学. 2001
[3]. 波纹管在扭转载荷下的稳定性分析[J]. 史晓凌, 徐鸿, 寿比南. 压力容器. 2002
[4]. S型焊接金属波纹管力学性能分析和结构参数优化[D]. 阿斯耶姆·肖开提. 新疆大学. 2012
[5]. 波纹管非轴对称问题研究[D]. 朱卫平. 上海大学. 2001
[6]. 水下压力补偿用波纹管的力学性能分析及结构设计[D]. 陈龙. 合肥工业大学. 2012
[7]. 管道用U形外压膨胀节的应用研究[D]. 李志平. 北京化工大学. 2016
[8]. 多层波纹管膨胀节的强度、刚度与屈曲分析研究[D]. 汪扬. 南京航空航天大学. 2005
[9]. Ω形波纹管膨胀节极限载荷的研究[D]. 姚琳. 北京化工大学. 2006
[10]. 轴向冲击下薄壁组合结构吸能特性分析[D]. 黄滟. 华中科技大学. 2006