拉伸位移下平面失穩(wěn)波紋管的疲勞壽命研究

楊玉強(qiáng)，杜 輝1，張 壘，高 翔，李 杰，李德雨

(1.洛陽(yáng)船舶材料研究所，河南洛陽(yáng) 471023；2.洛陽(yáng)雙瑞特種裝備有限公司，河南洛陽(yáng) 471001)

0 引言

金屬波紋管膨脹節(jié)是受熱管網(wǎng)和設(shè)備進(jìn)行熱補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵部件之一，具有位移補(bǔ)償、減振降噪和密封的作用，目前已廣泛應(yīng)用于化工、煉油、熱力、冶金、電力等工業(yè)領(lǐng)域。通常，波紋管在位移與壓力載荷共同作用下工作，當(dāng)波紋管承受過(guò)大的壓力、發(fā)生失穩(wěn)后，波距發(fā)生較大變化，改變了膨脹節(jié)原來(lái)的性能，降低其承壓能力及吸收位移能力，因此，穩(wěn)定性分析對(duì)于波紋管的設(shè)計(jì)和使用具有重要意義。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)金屬波紋管膨脹節(jié)穩(wěn)定性的機(jī)理及承壓能力進(jìn)行了大量的研究[1-5]，但對(duì)平面失穩(wěn)對(duì)波紋管疲勞壽命的影響研究較少，波紋管的平面穩(wěn)定性是影響波紋管正常工作能力的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)。U形無(wú)加強(qiáng)波紋管平面失穩(wěn)是指一個(gè)或多個(gè)波紋出現(xiàn)傾斜或翹曲，即這個(gè)波紋所在的平面不再與波紋管的軸線(xiàn)保持垂直。平面失穩(wěn)不但會(huì)降低波紋管的承壓能力，而且會(huì)導(dǎo)致波紋管側(cè)壁間隙減小，降低其吸收位移的能力。實(shí)際應(yīng)用中有大量波紋管處于平面失穩(wěn)的狀態(tài)，該狀態(tài)下的波紋管的安全性成為人們最關(guān)心的問(wèn)題[6-8]，而工作中的波紋管多數(shù)處于單側(cè)位移狀態(tài)。因此，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和有限元分析，討論內(nèi)壓及拉伸位移共同作用對(duì)平面失穩(wěn)波紋管疲勞壽命的影響，就顯得很有必要。

1 波紋管失穩(wěn)壓力有限元分析

1.1 有限元可靠性驗(yàn)證

張小文等[9-11]采用有限元方法模擬了波紋管的極限承壓載荷，并通過(guò)應(yīng)變測(cè)量和試驗(yàn)，驗(yàn)證了模型及有限元分析結(jié)果的有效性，波紋管極限承壓載荷有限元與試驗(yàn)結(jié)果的比較如表1所示?！?br>