几种典型膨胀节的有限元分析
随着工业技术的发展，膨胀节逐渐向大型化趋势发展，现有标准GB16749中膨胀节规格已不能满足工业生产需要，对大型膨胀节进行有限元分析成为必要的设计手段。本论文针对压力容器用厚壁U型膨胀节和管道用铰链型膨胀节等几种典型膨胀节进行有限元分析，主要内容如下:
1、对厚壁膨胀节进行分析时，采用了常规设计和分析设计两种方法。常规设计中参考GB16749标准对DN4216mm的厚壁膨胀节进行设计，而在分析设计中，利用ANSYS软件，分别采用SHELL51单元和PLANE82单元进行有限元分析，计算得到各项应力计算结果。将常规设计和采用SHELL51单元分析设计的结果比较，两种计算结果的应力相差最大8.1％，且采用SHELL51分析的结果偏小，DN4216mm的膨胀节采用常规设计是可行的。通过比较两种分析设计结果，对膨胀节设计起主要作用的两个应力σ1和σR的计算结果分别相差7.1％、7.7％，在工程设计中采用两种单元类型对膨胀节进行分析设计的差异不大。
2、对膨胀节波高h、波距W和壁厚S三个主要波形参数进行优化设计，优化过程中提出在同一界面内建立两个相互独立的膨胀节模型的建模方法，再分别施加内压和轴向位移，从而实现对两种工况的同时优化，优化后膨胀节的总体积减少了31.0％。
3、对DN2200mm的万向铰链型膨胀节进行有限元分析，并通过JB4732标准对应力结果进行分类并校核，评定膨胀节结构设计满足工况要求。
4、对两种万向环进行等质量承载能力比较，方形万向环的性能优于圆形结构。同时，证明了方形万向环直角内侧加支撑板对其轴向刚度的提升不起显著作用，反而将等质量材料用来增加万向环厚度能明显提高其轴向刚度。
有限元分析;膨胀节;承载能力;压力容器
北京化工大学
硕士
化工过程机械
戴凌汉
2013
中文
TQ051.3
98
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）