双层金属波纹管抗冲击性能研究

发布时间：2021-08-13 16:29

　　利用有限元软件ANSYS,采用瞬态动力学分析法对双层金属波纹管进行抗冲击性能分析,选取双重正弦波历程在时域上分别在波纹管的轴向和横向施加冲击载荷。通过有限元仿真分析,得到了双层金属波纹管冲击加速度响应曲线和位移响应曲线。并在自制的落锤式冲击试验台上,用规定脉冲波形法对该波纹管进行冲击试验,得到了波纹管轴向和横向的冲击响应曲线。冲击试验结果和有限元分析结果基本一致,最大误差为5. 5%,通过试验的方法验证了有限元模型的准确性和数值分析方法的可靠性。该抗冲击分析方法和试验方法为双层金属波纹管的抗冲击设计提供了一定的参考。 

【文章来源】：压力容器. 2020,37(02)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

图1 双层波纹管的几何剖面结构示意

在管道系统中，波纹管通过两端的法兰盘连接管道系统。根据波纹管的结构特征，建立波纹管有限元模型，采用3个假设:(1)波纹管两层之间黏接性好，且各向同性;(2)壁厚分布均匀，发生变形时各层之间无相对滑移;(3)将法兰盘简化处理，用质量单元Mass 21直接替代法兰盘的质量，并与波纹管建立刚性连接。利用Proe软件建立波纹管的三维模型，将建好的波纹管三维模型通过无缝对接功能导入到Workbench中。波纹管属于薄壁结构，在ANSYS软件中，8节点Shell 93单元具有任意的空间各向异性，具备塑性、应力钢化和大变形能力，因此选用Shell 93单元建立波纹管金属壁的有限元模型。波纹管层间属于面面接触，接触面和目标面都是柔性的，所以在设置接触面时用Targe 170,Conta 174,Conta 175接触单元来建立绑定接触，在分析中会自动生成所需的接触对。由于波纹管是不规则的结构，因此采取映射法合理地划分壳体单元网格，节点数为53 000，单元数17 400，波纹管有限元模型见图2。边界条件设定波纹管一端为自由端，另一端为固定端约束。首先进行模态分析，获得波纹管前5阶模态频率和模态振型，第一阶模态振型见图3。

首先进行模态分析，获得波纹管前5阶模态频率和模态振型，第一阶模态振型见图3。利用模态频率和单元动能，根据模态质量公式，得到波纹管轴向模态质量为209.844 kg，横向模态质量为43.89 kg。

【参考文献】：
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硕士论文
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本文编号：3340765