基于构件S-N曲线的波纹管速度外压耦合加载下疲劳寿命研究

真空灭弧室用波纹管服役工况复杂,采用传统的理论计算方法和试验手段难以准确预测其疲劳寿命,一定程度上制约波纹管的设计与选用。本文利用数字图像相关技术,基于拉伸试验、疲劳试验,精细化获得了波纹管构件的S-N曲线,基于ANSYS有限元分析软件,建立波纹管弹塑性变形有限元模型,通过XTDIC验证了模型的准确性,结合nCode DesignLife对波纹管疲劳寿命进行了预测,并验证其准确性。研究了关键工艺参数(压力、位移、速度)对波纹管波峰、波谷等关键特征区域应力、应变和疲劳寿命的分布演变规律。研究表明：波纹管在只施加外压的工况下,波峰内壁处更容易产生疲劳损伤,位移载荷对波纹管应力应变分布影响更为显著,位移越大,波纹管更容易产生应力集中。在加载位移不变时,速度越大,波纹管等效应力越大,此时耦合0.2 MPa外压,抵消部分应力集中。在0.2 MPa外压下,当压缩速度由0.5 m/s增加到4 m/s,最大等效应力由378.89 MPa增加到424.27 MPa,疲劳寿命由49 540次减小到3 064次。     

拉伸位移下平面失稳波纹管的疲劳寿命研究

对平面失稳波纹管在内压及拉伸位移共同作用下进行疲劳寿命试验研究,结果表明,波纹管发生平面失稳后,膨胀节仍可继续使用,但寿命会有降低,其寿命与波纹管的失稳程度有一定的关系,波纹管失稳越严重,产品的寿命降低越多,研究结果可为膨胀节的设计及应用提供一定的参考。     

二级波纹管截止阀用波纹管结构强度及疲劳可靠性研究

为保障核二级波纹管截止阀的高安全可靠性,波纹管元件需实现阀杆密封处的零泄漏,其结构强度及疲劳寿命可靠性的研究就显得尤为重要。基于材料、结构及边界条件非线性理论,通过ANSYS Workbench有限元软件对核二级波纹管截止阀用U型波纹管在分别承受外压、拉压位移载荷及外压和拉压位移载荷共同作用下波纹管结构强度及疲劳可靠性问题进行分析,分别研究了波纹管的间隙和拉压位移对波纹管结构强度和疲劳寿命的影响。结果表明:较小的层间距应力值相对较小,疲劳寿命更高;拉压位移载荷对疲劳寿命的影响较大,使用过程中要严格控制;通过研究阀用波纹管的强度及疲劳可靠性为截止阀用波纹管的制造和使用提供了参考。     

汽车排气波纹管疲劳寿命有限元分析

疲劳寿命是评价波纹管性能的一项重要指标,对波纹管的研制与结构优化有重要意义。首先应用MSC.Patran与MSC.Nastran对U形波纹管进行在外部载荷作用下的应力分析,并模拟仿真波纹管在外界载荷下的实际运动规律。然后应用MSC.Fatigue软件,结合S-N曲线,对波纹管进行疲劳寿命分析,最后通过疲劳损伤云图与疲劳寿命云图验证波纹管是否满足设计要求。     

阀门用金属波纹管疲劳寿命的有限元分析

应用MSC.Fatigue软件并以应变寿命法分析和得出了阀门用金属波纹管在压力、位移条件下的疲劳寿命。分析了材料的循环性能对波纹管疲劳寿命分析的影响,并且通过波纹管的疲劳寿命试验验证了软件分析的准确程度,从而得到精确的分析结果。     

机械密封中Ω形和U形波纹管的疲劳寿命分析

针对机械密封中的波纹管疲劳失效引起机械设备故障的问题，以Ω形和U形波纹管为研究分析对象，采用SolidWorks建立三维模型，用Ansys软件进行有限元静力学计算仿真，结合Miner疲劳损伤原理，对两种波纹管在不同预应力下的等效应力和疲劳寿命进行分析比对。结果表明：随着预应力的增加，两种波纹管的等效应力增加，疲劳寿命降低；波纹管的波峰和波谷位置都为应力集中位置；在相同预应力下，Ω形波纹管波峰处等效应力大于波谷处，U形波纹管波谷处的等效应力大于波峰处，U形波纹管易发生疲劳失效的结点数要比Ω形波纹管的多，更容易发生疲劳失效，Ω形波纹管的整体疲劳寿命大于U形波纹管。仿真分析结合Miner疲劳损伤原理所得结论可为预测波纹管的失效和波纹管优化设计提供理论依据。     

基于ASME Ⅷ-2的外压波纹管分析计算

强度、疲劳与稳定性是波纹管的主要力学性能指标,在波纹管设计过程中必须全面考虑。建立外压和轴向拉伸位移作用下的波纹管有限元模型,采用ASMEⅧ-2中极限载荷分析、屈曲分析以及弹塑性疲劳分析方法进行计算。结果表明,极限载荷分析可以较为准确地确定波纹管的极限载荷,且对波纹管设计参数和结构尺寸没有限制;屈曲分析可以确定波纹管失稳上限载荷;弹塑性疲劳分析可以预测波纹管的失效位置和疲劳寿命。本文的计算研究对波纹管设计具有一定的参考价值。     

温度影响下汽车波纹管疲劳分析

从汽车波纹管的工作环境出发,充分考虑温度影响下材料的非线性特性,对波纹管进行了疲劳特性分析。首先,根据波纹管疲劳试验要求设置模型中的边界条件;然后从考虑屈服强度变化和不考虑屈服强度变化两种情况对波纹管危险位置的应力进行研究,找出温度变化对波纹管应力影响的特点;最后,在应力分析结果的基础上,采用局部应力应变法对波纹管进行疲劳寿命分析,得到不同温度阶段下的波纹管的疲劳寿命,并从中得出温度变化对波纹管疲劳的影响特点。     

波纹管疲劳寿命设计的新方法

在设计金属波纹管膨胀节时,疲劳寿命的考虑通常是一个十分重要的方面.位移载荷对疲劳寿命的影响很大,它经常导致应变超出材料相应的极限.在这种高应变情况下,产生了塑性应变集中.现在的设计方法主要是依靠波纹管疲劳测试曲线的经验值.通过综合分析和抛光棒的疲劳数据来预测疲劳寿命是不可靠的.不可靠的原因之一是塑性应变集中.波纹管和抛光棒的疲劳状态呈现出的差别,以及加强和无加强型波纹管之间的差别,都是由于应变集中的原因.再者,可以根据波纹管的几何结构参数来划分疲劳数据.这样就能更好的预测其疲劳寿命.     

无加强U型钛波纹管疲劳寿命研究

针对无加强U型钛波纹管,依据ASME B31.3附录X302.1.3中新材料波纹管的疲劳寿命设计公式规定,对其疲劳寿命设计公式进行了相应的推导,并对其疲劳断裂形式进行了分析。经与奥氏体不锈钢无加强U型波纹管的疲劳寿命公式对比发现,相比奥氏体不锈钢,钛制波纹管的疲劳寿命较低,计算求得的钛制波纹管疲劳寿命设计公式安全系数较大,采用此公式进行钛制波纹管设计偏于安全;钛制波纹管的疲劳断裂形式与传统的奥氏体不锈钢波纹管断裂形式相同,其裂纹起于两端再向中间扩展,断口形式为典型的韧性断裂。     

汽轮机膨胀节塑性变形损伤后结构力学性能分析

汽轮机金属膨胀节在制造、安装和运行阶段常发生塑性变形,影响其服役工况下达到设计膨胀补偿量和安全运行性能的要求。目前,核电厂关键设备主要设计参考规范(RCC-M、ASME规范第Ⅲ和ⅩⅢ卷等)正逐步发展为基于弹塑性理论的分析方法。针对某核电厂汽轮机膨胀节发生的塑性变形损伤,基于ASME规范和有限元软件ANSYS进行了膨胀节塑性变形损伤后结构力学性能分析,包含基于材料真实应力-应变数据的不同工况组合下塑性损伤分析及结构塑性损伤后疲劳寿命的校核。     

低频率下波纹管膨胀节腐蚀疲劳行为模拟

针对供热管道波纹管膨胀节在设计使用期限内发生泄漏的实际问题,在低频率下对波纹管膨胀节的腐蚀疲劳行为进行模拟,用宏观、微观的方法分析研究了发生开裂泄漏的波纹管和模拟试验中波纹管的各种特征,得出了如下结论：波纹管实际腐蚀破坏中存在着腐蚀疲劳失效。经过研究表明,该波纹管有一定的耐腐蚀疲劳性能,检测未发生泄漏的波纹管可以继续使用。     

不锈钢波纹管在NaCl溶液中腐蚀疲劳寿命试验

研究了不锈钢波形膨胀节的腐蚀疲劳寿命,在3.5%NaCl溶液的人工腐蚀环境下,进行了一组加载频率为0.1 Hz的不同位移条件下不锈钢波形膨胀节腐蚀疲劳寿命试验。通过回顾国内外常用的膨胀节疲劳设计公式,在EJMA标准疲劳设计公式基础上提出了腐蚀加速效应系数Ccorr,从试验数据拟合出Ccorr的大小,据此提出了腐蚀条件下膨胀节疲劳设计公式,用于修正腐蚀条件下膨胀节的疲劳寿命。     

多层U形波纹管的疲劳寿命有限元分析

应用非线性有限元法,综合考虑几何非线性、材料非线性和边界非线性等因素,采用平面轴对称单元和柔性的面-面接触对,建立了多层U形波纹管的非线性有限元模型,较好地解决了层间的接触问题.借助ANSYS软件对多层波纹管在轴向载荷与内压组合作用下的应力分布规律进行了探讨,利用结构的局部应力应变状态对波纹管的疲劳寿命进行了预测,同时考虑了波纹管的层数、壁厚减薄效应以及内压大小对于计算结果的影响,为波纹管的疲劳设计提供了依据.     

热油泵用机械密封波纹管疲劳特性研究

热油泵用波纹管机械密封装置的关键零部件金属波纹管,在变工况条件下极易出现疲劳断裂情况。为研究热油泵用机械密封波纹管疲劳特性,建立U形和V形2种类型金属波纹的三维模型,采用结构-热多场耦合分析方法,分析金属波纹管在不同温差工况下的变形场、应力场和疲劳寿命变化规律。结果表明:U形和V形金属波纹管的最大应力值和最大变形量都随着温差的增大而增大,最小疲劳寿命随着温差的增大而减小;V形金属波纹管的力学性能与疲劳性能均好于U形金属波纹管;受力端为整个金属波纹管整体最易损坏部位,该处变形量和应力值都为最大,而疲劳寿命值为最小,为提高金属波纹管的使用寿命和运行稳定性,须对该处进行加固处理。     

超塑成形的钛合金波形膨胀节质量检测和分析

对等离子弧焊和激光焊筒坯超塑成形的两组DN250钛合金波形膨胀节进行了检测,检测结果表明,超塑成形的钛合金波形膨胀节波峰壁厚减薄率超过20%,柔度和补偿性能优良,明显优于不锈钢波形膨胀节;稳定性试验、耐压试验和气密性试验均符合设计要求;激光焊波形膨胀节在行程为15 mm的情况下,平均疲劳次数为1700次,其疲劳寿命比等离子弧焊波形膨胀节的疲劳寿命高20%以上。     

基于振动信号的机械密封金属波纹管疲劳分析*

针对"S"型金属焊接波纹管振动疲劳失效问题,采集相关工况下的振动信号,使用短时傅里叶变换编辑信号的方法识别损伤区间,并在区间端点等距插值拼接信号,得到用于零件疲劳分析的编辑信号。对原始信号和编辑后的信号用雨流计数法统计损伤循环次数,并求出信号的平均能量;将编辑信号加载至波纹管,通过仿真计算进一步验证,得到了编辑信号与原始信号影响下波纹管的疲劳损伤分布云图;并分析不同转速下,振动信号不同应力范围的能量循环次数。结果表明:通过信号缩减得到的编辑信号有效地保留了损伤片段并且缩减了信号的长度,表明基于短时傅里叶变换的缩减信号方法可以有效地缩短疲劳实验的时间,加速研发周期;低转速时波纹管径向应力较大、循环次数较高,更容易发生振动疲劳。     

基于ANSYS的铰链型膨胀节结构强度分析

为提高波纹管膨胀节的使用性能及其可靠性,根据膨胀节的结构特点和使用状况,运用Solidworks建立其实体模型,并对载荷加以简化和等效处理,通过ANSYS软件分析其承力构件的静力学特性。结果表明,膨胀节的最大位移发生在受力侧端管两端,最大位移为3.339 mm;承力构件的最大应力发生在万向环,其应力为99.8 MPa,小于其材料的许用应力。该型铰链膨胀节满足设计载荷下的强度要求,为其强度校核及结构优化设计提供了理论依据。