大型膨胀节的强度分析.pdf

膨胀节作为弹性补偿元件
广泛应用于电力、石油、化工等工
大型膨胀节的强度分析
业部门。随着工业生产的发展,工
业装备越来越大型化,大型膨胀那日萨钱オ富王焕庆2朱海荣2
节的需求也越来越多。对于膨胀(1.北京化エ大学机电工程学院北京100029
节的强度研究有理论计算和实验(2.山东恒通膨胀节制造有限公司山东泰安271000
测试两种方法,理论计算又分解
析法、工程近似法和数值法。随着【摘要】对一大型膨胀节在内压和位移载荷作用下的强度进行了理论计
计算机速度的不断提升,以及有算和有限元分析,結果表明对于已超出现行国内膨胀节设计标准规定风
限元分析软件的不断完善,数值す的大型膨胀节,仍可以接照(GB1679-199《压力容器波形膨胀节》进
法中的有限元法已得到了越来越行强度设计。研究还发现,膨节的公称直径越大,接标准进行强度计
广泛的应用,是对波纹管进行应的保守程度越小。
力分析和总体分析的有效方法
关键词大型膨胀节强度分析有限元分析
陈晔、李永生等人建立了波纹管
非线性有限元模型,运用 ANSYS有
彭胀节基本结构尺す
限元软件对单层波纹管进行了计「公称直径「厚度Vm层数m「圆弧半径波高日mm直边段长」波数n
rim
L/mm
算,其计算结果与试验数据较为
2400
150
400
75
吻合。刘颖、徐鸿等人2通过对有
限元计算和标准计算的结果进行
注:膨胀节材料为16MnR
(1)内压引起的波纹管直边段
对比,证明了用有限元方法来分径为2400m的单层双波U型膨胀周向薄膜应力为
性和可行节为对象,采用 ANSYS.有限元软件
性。钱才富、姚琳等人分别采用进行应力分析,并与GB16749-197
标准中常规设计公式计算和有限《力容器波形膨胀节》的应力计
PDO LAEK
元分析的方法对単层多波、多层算公式结果进行对比。
2lmSE2'L4D。+S、kEL.D
4.93×2.452x0.075×2×103×0.14
多波的膨胀节进行了极限承载能
MF
应用膨胀节标准进行强度
2×1×0.05×2x×10°x0.075×2.45
力和失稳分析。高海涛、岑鹏等人
=120.79×0.14MPa=16.91MP
1分别对国内外常见的膨胀节标计算
准在适用范围、应力评定、失稳校
核和疲劳寿命计算等方面进行了
本文分析的是某厂家提供的
(2)内压引起的波纹管問向薄
对比分析。
公称直径为2400m的单层双波し膜应力为
国内现行膨胀节标准型膨胀节,其基本结构尺寸参数
G,B16749-1997《压力容器波形膨胀见表1。
节》明确规定了公称直径DN≤
厂家提供的该膨胀节公称压
2000m,波高H≤80mm的膨胀节力为4.93MPa,单波最大位移量为,sP2
2mSP0.571+
几何尺寸,而公称直径DN
13.1mm,按照CB16749-1997《压力
2000mm,波高H>80m的大型膨容器波形膨胀节》中的U型膨胀节
4.93×2.9
胀节设计则已超出该标准范围,的设计公式,计算膨胀节所受各2X1x0455x/p
0.775
需要进一步研究?。本文以公称直项应力。
作者简介
3)内压引起的波纹管经向薄
那日萨(1986-)现为北京化エ大学化工过程与机械专业在读硕士。膜应力为
10百油他工设1200.11
论文广场
LUN WEN GUANG CHANG
4.93X0.4
21.67MPa
2mS.2x1x0.0455
4)内压引起的波纹管经向弯
曲应力为
4.930.4
×0.5
2×110.0455
=92.25MPa
し国1職节有限元网格划分」图2在内压作用下胀节经向
膜应力加弯曲应力分布云图
5)轴向位移引起的波纹管经应力值。本文取」=134MPa。
向薄膜成力为
由于公称直径为2400mm的膨
Sa:考虑成形过程中厚度减薄时,胀节己超出GB16749-1997《压力容
波纹管一层材料的有效厚度。本器波形膨胀节》的范围,为验证上
2h C
文S,=0.0455m
述应力计算结果,或者说验证
2x10x(.0455000×0.00655
3×0.4×1.5
143a:一个波的长し本文W7m。节》对公称直径为2400m形胀节
k:系数;当k≥1时,取k=1。的适用性,本文采用有限元对该
(6)轴向位移引起的波纹管文k-014s
膨胀节进行应力分析,并与上面
经问弯曲应力为
C。:系数,本文C。=0.48。
的公式计算结果进行对比,有限
系数,本文Cr=1.5
元软件为 ANSYS软件。
SE, S, +C]e
膨胀节为典型的薄壳结构,
Cd:系数,本文C=2.8
因此采用売单元( SHELLI181)对膨
5x(0.0455+0.00I×0.00655
=22661pa
CB16749-199X压力容器波形脈作进行网格刘分(见图1)。在进
3x042×2.8
膨胀节》规定各项应力的校核条行内压载荷分析时,将膨胀节上
其中
件如下
下边缘施加固定约束,在膨胀节
内表面施加4.93MPa的压力;在进
m:波纹管的层数。本文m=1
(1)o。、o.、O、O2应分别小
行位移载荷分析时,将膨胀节下边
E”:设计温度下波纹管材料的弹性于或等于?
缘施加固定约束,在膨胀节上边
缘施加13.m(Y负方向)位移载
模量。本文取E'=2x105MPa。
(2)n≤1.5o
荷
Dm:波纹管平均直径。本文Dn=29m
(3)对于碳素钢、低合金钢材
通过有限元计算可以得到膨
D2:波纹管直边段与波纹内径。本料波纹管:Ga≤2、
胀节上各个方向的薄膜应力、弯
曲应力以及薄膜应力加弯曲应力,
文D,=2,.4m。
(4)对于奥氏体不锈钢材料图2是在内压作用下膨胀节经向薄
:波纹管直边段平均直径。本文波纹管,当G≤2の、时、可不考膜应力加弯曲应力分布云图,可
虑低周疲劳问题,否则应进行以看到,应力最大值出现在膨胀
D.=2.45m
节的波峰处。和GB16749-1997《压
劳寿命校核。
力容器波形膨胀节》对应的各项
L:波文管自边毁长度。本文L,O75m
应力数值计算结果列于表2中,同
:设计温度下波纹管材料的许用2有限元分析
时,表2还列出了理论计算值和强
20011石妯化工设商11