管道用U形外压膨胀节的应用研究
U形外压膨胀节具有无柱失稳、轴向补偿量大、安装便捷等优点，在实际生产中的应用越来越广泛。目前关于膨胀节的应用研究有很多成果，但大部分都集中在内压U形膨胀节方面，外压膨胀节很少涉及。为深入了解外压膨胀节的力学特性，为工程实践提供参考，本文利用常规方法和有限元分析方法对承受外压的U形膨胀节核心部件—波纹管进行强度、疲劳以及稳定性分析，具体研究内容如下: (1)采用EJMA常规设计方法进行波纹管的设计校核，为后续计算提供参照。利用极限载荷分析法进行波纹管的极限载荷分析，研究了拉伸位移、波形参数以及层间接触状态对波纹管极限承载能力的影响，并在此基础上进行单层和多层波纹管极限承载能力的对比研究。结果表明:拉伸位移（许用范围内）和层间接触状态对波纹管极限承载能力几乎没有影响，波纹管极限承载能力与波形参数负相关;多层波纹管极限承载能力弱于同等厚度的单层波纹管。 (2)采用二倍屈服法进行波纹管的弹塑性疲劳分析。研究了拉伸位移、波形参数以及层间接触状态对波纹管疲劳寿命的影响，并在此基础上进行单层和多层波纹管疲劳寿命的对比研究。结果表明:拉伸位移和层间摩擦对波纹管疲劳寿命几乎没有影响，波纹管疲劳寿命与波纹管波形参数及层间间隙负相关;多层波纹管的疲劳寿命短于同等厚度单层波纹管的疲劳寿命。 (3)采用特征屈曲分析和非线性屈曲分析进行波纹管的稳定性研究。研究了拉伸位移、波形参数以及层间接触状态对波纹管稳定性的影响，并在此基础上进行特征屈曲分析和非线性屈曲分析以及单层和多层波纹管稳定性的对比研究。结果表明:波纹管特征屈曲载荷随着拉伸位移的增大先增大后减小，随着波形参数的增大而减小;波纹管非线性屈曲载荷不受层间接触状态以及初始缺陷的影响;波纹管非线性屈曲载荷明显小于特征屈曲载荷，且层间接触会导致波纹管非线性屈曲载荷减小。 (4)采用VB进行ANSYS二次开发，编写U形波纹管常规和分析设计计算软件。软件不仅可以简化计算步骤、提高计算效率、减小计算成本，也可以降低分析设计方法应用的门槛。
管道工程;U形外压膨胀节;波纹管;力学特性
北京化工大学
硕士
动力工程及工程热物理
段成红
2016
中文
U173.2
99
2017-01-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）