基于有限元分析的波纹管强度设计与液压成形模拟

发布时间：2017-03-30 05:10

  本文关键词：基于有限元分析的波纹管强度设计与液压成形模拟，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：波纹管膨胀节是一种弹性补偿元件,在石油化工、机械等领域应用十分普遍。随着波纹管应用领域的不断扩大,在设计与制造等方面对波纹管的要求也不断提高。本论文基于有限元分析对波纹管膨胀节进行强度设计及成形过程模拟。主要工作和结论如下：(1)介绍了GB16749-1997规范中波纹管应力计算公式所对应的力学模型,针对直边段内径为4216mm的超大型膨胀节,应用GB16749进行常规计算和有限元方法计算波纹管中的应力,并进行比较。结果发现GB16749中各应力计算公式都有一定的简化假设,但规范确实能适用于大型乃至超大型膨胀节。(2)对三层Ω形波纹管膨胀节、单层Ω形波纹管膨胀节及将加强件轻量化设计后的Ω形波纹管膨胀节进行有限元分析,并参考GB/T12777-2008进行校核。通过比较三者分析结果,三层波纹管膨胀节更加适合有循环加载的工况；将加强件减薄后的波纹管仍能满足GB/T12777的强度及刚度要求。(3)对U形波纹管膨胀节进行成形有限元模拟,并将结果与工厂实际液压成形的波纹进行对比。结果表明,波距、波高、波纹管母线长度及波峰厚度偏差均小于5%,即证明有限元可以准确的对波纹液压成形过程进行数值模拟。(4)以管坯直径、厚度为自变量,研究给出了液压成形后波纹的波距、波高、波纹管母线长度、波峰厚度减薄率及波纹直边厚度减薄率的计算公式；此外,还就成形过程中操作工艺参数(起鼓压力、成形压力及油压机轴向压缩力等)对波形的影响进行了探讨。
【关键词】：波纹管 大型膨胀节 强度设计 液压成形 有限元分析
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH136;TG394
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 符号说明16-18
• 第一章 绪论18-26
• 1.1 课题研究背景及意义18
• 1.2 膨胀节研究概述18-23
• 1.2.1 膨胀节的强度设计18-21
• 1.2.2 膨胀节的失效分析21-22
• 1.2.3 膨胀节的有限元分析22-23
• 1.2.4 波纹管的成形数值模拟23
• 1.3 本论文研究内容23-26
• 第二章 超大型波纹管膨胀节应力分析与强度设计26-38
• 2.1 GB16749-1997《压力容器波形膨胀节》波纹管强度计算公式简介26-29
• 2.1.1 内压下波纹管圆周方向膜应力27
• 2.1.2 内压下波纹管经向膜应力27-28
• 2.1.3 内压下波纹管经向弯曲应力28
• 2.1.4 轴向位移下波纹管经向膜应力28-29
• 2.1.5 轴向位移下波纹管经向弯曲应力29
• 2.2 超大型膨胀节的应力分析29-37
• 2.2.1 应用GB16749进行常规计算29-31
• 2.2.2 应用有限元法进行应力计算31-36
• 2.2.3 两种方法计算结果之比较36-37
• 2.3 本章小结37-38
• 第三章 Ω形波纹管膨胀节的强度分析与校核38-58
• 3.1 数值模拟软件介绍38
• 3.2 强度校核依据38-39
• 3.3 三层Ω形膨胀节的有限元数值分析39-47
• 3.3.1 有限元模型的建立39-42
• 3.3.2 载荷和约束条件42
• 3.3.3 有限元计算结果42-46
• 3.3.4 应力校核结果46-47
• 3.4 单层Ω形膨胀节的有限元数值分析47-52
• 3.4.1 有限元计算结果47-51
• 3.4.2 应力校核结果51-52
• 3.5 Ω形膨胀节加强件的轻量化设计52-57
• 3.5.1 有限元计算结果52-56
• 3.5.2 应力校核结果56-57
• 3.6 本章小结57-58
• 第四章 波纹管液压成形的数值模拟58-74
• 4.1 波纹管膨胀节的制造过程简述58-63
• 4.1.1 膨胀节的制造流程58-60
• 4.1.2 波纹管成形方法60-62
• 4.1.3 波纹管液压成形62-63
• 4.2 瞬态动力学分析方法及分析软件介绍63-64
• 4.2.1 瞬态动力学分析方法63
• 4.2.2 分析软件简介63-64
• 4.3 波纹管成形过程的有限元模拟64-72
• 4.3.1 有限元几何模型的建立64-66
• 4.3.2 材料非线性及接触状态非线性66-67
• 4.3.3 加载与边界条件67-68
• 4.3.4 成形模拟结果68-72
• 4.4 本章小结72-74
• 第五章 波纹管液压成形波形参数的拟合研究74-98
• 5.1 波纹管成形波形参数计算公式的拟合74-88
• 5.1.1 波纹管管坯尺寸的确定74-77
• 5.1.2 有限元模型的建立77-80
• 5.1.3 波距计算公式拟合80-82
• 5.1.4 波高计算公式拟合82-83
• 5.1.5 母线长度计算公式拟合83-85
• 5.1.6 波峰厚度减薄率计算公式拟合85-86
• 5.1.7 直边段厚度减薄率计算公式拟合86-88
• 5.2 波纹成形影响因素的探究88-96
• 5.2.1 起鼓压力P_1的影响90-92
• 5.2.2 成形压力P2的影响92-94
• 5.2.3 油压机轴向压力F的影响94-96
• 5.3 本章小结96-98
• 第六章 结论与建议98-100
• 6.1 主要结论98-99
• 6.2 对后续研究的建议99-100
• 参考文献100-104
• 致谢104-106
• 研究成果及发表的学术论文106-108
• 作者和导师简介108-110
• 附件110-112

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