基于ANSYS的S型金属波纹管的有限元分析

发布时间：2017-08-25 03:34

  本文关键词：基于ANSYS的S型金属波纹管的有限元分析

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【摘要】：在机械密封结构中焊接式波纹管作为一个极其重要的组件,它的各方面性能的好坏直接影响着整个密封装置的工作性能。由于金属波纹管可以处理高温下辅助密封的问题,所以弹簧和辅助密封圈被金属波纹管取代了。焊接金属波纹管能起到密封作用的原因有以下两点：一是焊接金属波纹管可以缓冲和补偿由轴向窜动、动磨损及振动等因素引起的轴向位移；二是焊接金属波纹管可以依靠自身的弹性力和密封中介质的压力共同作用于密封的端面施加一定量的比压。通过了解国内外实际生产应用中的密封波纹管,其在工作时主要的失效形式是膜片的失弹、波纹管柱面的失稳以及由于系统具有一定的振动特性引起的共振和结构形式遭到破坏。波纹管式机械密封的主要应用场合为石油化工等重工业领域,一旦出现密封失效则会带来严重的后果,威胁着生产人员的生命安全,对企业造成资源的浪费,同时会对环境造成一定的污染。国内外的专家和学者对波纹管的力学性能研究较多,在提高波纹管整体的各方面力学性能取得了很好的成果。但对于金属波纹管外型进行重新设计使其应力分布情况更加合理的研究几乎没有。 本文在s型焊接金属波纹管基础上,在满足其强度的同时对其结构造型进行改造,以S型焊接金属波纹管的膜片为研究对象,首先建立了不同膜片数量的几何模型和有限元数值模型并根据工作条件给定了相关边界条件,分析了它们的强度,研究了膜片数量与变形量和应力之间的关系；其次利用经验法和有限元计算法对比分析了其刚度值,分析了不同的尺寸参数对其刚度的影响；最后通过ANSYS Workbench对波纹管在两种工况的振动模态进行分析,得出了两种工况下的前十阶的振动模态和频率,分析出振动模态和振型不同的原因；同时分析了在变载荷工况下波纹管瞬态的力学特性,得出了不同时刻波纹管的应力、位移和速度的响应曲线。通过本文的研究和分析可以为波纹管的设计和其力学分析提供有效的理论依据,也为波纹管的安装和使用提供有价值的参考。
【关键词】：金属波纹管 有限元 强度 刚度 振动模态 瞬态动力学
【学位授予单位】：延边大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH136
【目录】：

• 摘要7-8
• ABSTRACT8-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 引言11
• 1.2 焊接金属波纹管机械密封的工作原理、结构特点和应用11-15
• 1.3 国内外波纹管的研究现状及发展趋势15-17
• 1.3.1 机械密封的国内外研究现状15-16
• 1.3.2 波纹管研究现状16-17
• 1.4 目前波纹管存在的问题17-18
• 1.5 研究目的及意义18
• 1.6 本文的主要研究内容18-20
• 第二章 金属波纹管的概述及相关研究方法20-25
• 2.1 波纹管概述20-21
• 2.1.1 金属波纹管类型20-21
• 2.1.2 金属波纹管的材料21
• 2.2 波纹管应力的理论研究方法介绍21-22
• 2.3 金属波纹几何模型的建立22-24
• 2.4 本章小结24-25
• 第三章 金属波纹管强度和刚度的分析25-42
• 3.1 ANSYS Workbench介绍25-27
• 3.2 焊接金属波纹管力学模型27-28
• 3.3 本文中波纹管材料的选择28
• 3.4 波纹管的强度分析28-34
• 3.5 波纹管轴向刚度的计算34-37
• 3.5.1 边界条件的确定34-35
• 3.5.2 波纹管刚度的经验公式35-36
• 3.5.3 波纹管刚度的有限元计算值36
• 3.5.4 结果比较36-37
• 3.6 波纹管结构对其刚度的影响37-41
• 3.6.1 壁厚对波纹管刚度的影响37-39
• 3.6.2 波深对波纹管刚度的影响39-40
• 3.6.3 波数对波纹管刚度的影响40-41
• 3.7 本章小结41-42
• 第四章 金属波纹管的模态和瞬态动力学分析42-56
• 4.1 金属波纹管的模态分析42-48
• 4.1.1 模态分析的基本概念42-43
• 4.1.2 模态分析的理论基础43-45
• 4.1.3 波纹管模态分析计算45-48
• 4.2 金属波纹管瞬态动力学分析48-55
• 4.2.1 瞬态动力学分析概述48-51
• 4.2.2 波纹管模型的处理51
• 4.2.3 模型的瞬态分析结果51-55
• 4.3 本章小结55-56
• 第五章 总结和展望56-58
• 5.1 结论56-57
• 5.2 展望57-58
• 参考文献58-61
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文61-62
• 致谢62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 胡剑英,罗二仓,吴张华,戴巍;焊接波纹管在热声机械中的应用[J];低温与超导;2004年03期

2 姜宏春;蔡纪宁;张秋翔;李双喜;;机械密封用挤压成型金属波纹管应力及轴向刚度的有限元分析[J];化工设备与管道;2007年05期

3 钱逸,卢志明;U型波纹管膨胀节平面稳定性研究[J];压力容器;1997年01期

4 穆塔里夫·阿赫迈德;程伟;阿斯耶姆·肖凯提;;S型焊接金属波纹管的应力仿真与试验研究[J];压力容器;2010年01期

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本文编号：734836