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。     

非接触式加强环间隙对膨胀节高温强度的影响

为应对高温高压的复杂工况,提高膨胀节的承载能力,工程上使用带加强环的加强型波纹管膨胀节。目前对加强型波纹管膨胀节的强度性能研究,并没有考虑加强环与波纹管之间装配间隙的影响,并且忽略了高温工况下波纹管内外表面温差产生的热应力。采用完全热力耦合数值分析法,开展加强环与波纹管间隙对膨胀节高温强度影响研究,得到膨胀节在不同温差下最大Mises应力随加强环与波纹管间隙值的变化规律。通过选择加强环与波纹管之间的最优间隙,可以有效提高膨胀节的强度性能,且由于波纹管内外表面温差不同,加强环间隙取值不同。该结论为高温高压工况下加强型波纹管膨胀节的理论研究、优化设计及制造提供参考。     

航空发动机高温高速密封试验台研制

由于缺少试验装置,目前国内不能对航空发动机密封装置进行全工况条件下的试验研究。研制一种能模拟航空发动机密封装置的全工况条件的密封试验台,对某刷式密封试验件进行静态和动态试验。该高温高速密封试验台能模拟航空发动机密封装置的工作温度、压力、安装方式及工作转速等工况,可对密封装置的静动态试验的泄漏量进行测量,为密封装置的设计和改进提供可靠的试验依据。     

温度对机械密封金属波纹管力学性能的影响

为了研究温度对机械密封金属波纹管力学性能的影响,建立高温泵用机械密封焊接金属波纹管计算模型,利用ANSYS软件计算波片的温度场,并通过间接耦合法计算不同介质温度下的热应力与热应变场,得到温度对波纹管力学性能的影响规律.计算结果表明:在高温工况下波纹管波片内产生了较大的热应力和热应变,增大了波纹管断裂、失弹等形式的失效的危险,在设计和使用过程中必须对此引起足够重视;在高温工况下波纹管波片等效热应力、热应变的最大值均出现在波片波谷处.     

带预载的钢丝网套补偿器振动疲劳损伤分析

开展了基于有限元分析软件ABAQUS的钢丝网套补偿器在随机振动工况和正弦振动工况下的疲劳分析.首先采用梁单元建立钢丝网套等效模型,针对不同载荷工况构建不同的钢丝网套与波纹管间的相互作用关系,从而建立能够考虑预载影响的钢丝网套补偿器随机振动、正弦振动分析模型,并开展支反力试验和模态测试对模型进行验证.基于该模型,结合Dirlik方法及基于Miner线性累积损伤理论推导的疲劳寿命计算公式.分析了不同方向随机振动、正弦振动激励作用下的钢丝网套补偿器疲劳损伤情况.结果 显示,在随机振动工况和正弦振动工况下,钢丝网套补偿器在横向(X方向)上的损伤均最大,且在设计使用寿命(1 min)以内均未发生疲劳破坏;钢丝网套补偿器的薄弱环节分布于补偿器个别波峰以及管接头固定端附近;正弦振动工况下损伤水平小于随机振动工况下损伤水平.     

煤化工反吹阀用波纹管国产化设计研究北大核心CSCD

为了研究煤化工反吹阀用波纹管失效原因,运用有限元法对波纹管进行静力学和瞬态动力学分析。与静力学分析结果对比,考虑惯性力及阻尼作用后,波纹管的最大应力有所增大,疲劳寿命下降,最大应力出现位置由波纹管中部转向阀杆端部。为了验证仿真计算的准确性,设计了专用的高温、高压疲劳试验台,实现了苛刻工况波纹管型式试验。和试验结果对比,波纹管设计寿命与真实寿命偏差30%以内,失效位置与仿真分析结果一致。根据仿真和试验结果,提出了优化阀杆端部波纹管材料及波形结构改善波纹管寿命的设计方法。     

极端工况机械密封波纹管结构-热耦合失效分析

针对焊接金属波纹管在复杂工况下的失弹、疲劳失效的现象,以波纹管为研究对象,建立三维模型,应用静力学、热力学理论和有限元计算、试验分析相结合的方法对机械密封波纹的性能进行了分析,得到了不同力和温度作用下波纹管的受力分布、压缩量、刚度和热变形的变化规律及相互影响关系。结果表明:温度和力的作用对波纹管的失弹失效有较大影响。研究结果对于波纹管的优化设计、疲劳寿命分析、机械密封的选用和维护等提供了相关数据和理论依据。     

基于虚拟样机的工程机械工作装置虚拟疲劳试验研究

将Solidge中工程机械工作装置装配体模型导入ADAMS,得到其虚拟样机模型.在ADAMS下对该工作装置虚拟样机进行铲装、卸载等工况仿真,获得其各主要零件的载荷历程.将该历程应用于工作装置零部件的有限元疲劳分析,快速预测其疲劳寿命.通过对某装载机动臂进行虚拟疲劳试验,并时试验结果进行分析,为工程机械工作装置的可靠性设计提供快速而有效的指导.     

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。     

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。     

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。     

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.     

位移载荷作用下U形波纹管的疲劳寿命研究

金属波纹管膨胀节是受热管网和设备进行热补偿的关键部件之一,具有一定的使用寿命,位移载荷会使波纹管产生超过屈服强度的应力,出现疲劳损伤,当累积损伤达到一定程度,波纹管就发生失效.对波纹管在内压及位移共同作用下进行疲劳寿命试验研究,结果表明,对称循环位移下波纹管的疲劳寿命最高,单侧压缩位移下波纹管的疲劳寿命最低,建议对膨胀...     

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。     

S型焊接金属波纹管疲劳寿命的有限元分析

应用ANSYS Workbench（AWE）软件的Fatigue Tool工具箱和S—N曲线,分别用Goodman直线模型、Gerber抛物线模型、Soderbe曙直线模型和S-N直线模型的平均应力修正法,对S型波纹管进行疲劳寿命分析,得到波纹管在各种工况下的疲劳寿命,从而进行波纹管的优化设计。主要介绍了波纹管寿命分析的一般思路及其力学原理。经试验验证：有限元法能够很好地模拟金属波纹管的疲劳寿命,精度也大大高于经验公式,同时也为波纹管寿命分析开辟了新的研究途径。     

负压或真空条件下Ω形波纹管的计算研究

Ω形波纹管通常用于高压场合,但在许多实际应用中需要Ω形波纹管按多工况设计,既要承受较高的内压,又要承受负压或真空。EJMA标准提供了Ω形波纹管承受内压时的计算方法,但该标准明确说明受负压的Ω形波纹管不包含在标准中。目前国际上的其他波纹管膨胀节的设计标准和规范也均未涉及受负压的Ω形波纹管的计算。对此进行了分析研究并对部分结果通过有限元分析进行验证,提出了受负压或真空的Ω形波纹管的推荐计算方法。     

某型航空发动机涡轮盘低循环疲劳寿命分析

确定发动机零部件的最大应力应变循环是进行零部件寿命研究的重要内容之一.弹塑性有限元分析常用于计算最大应力应变循环,但是由于各种载荷、约束等条件考虑不全面,得到的应力应变循环往往偏大.同时,某些零部件的瞬态温度场是决定其疲劳强度和使用寿命的重要因素,而获得准确的瞬态温度场是非常困难的.文中对某型发动机的高压涡轮盘进行疲劳试验条件下弹塑性有限元分析,对一台涡轮盘的残余应力进行测试,利用稳态温度场计算涡轮盘危险点最大应力应变循环,并根据弹塑性有限元分析和通过残余应力测试得到的最大应力应变循环进行低循环疲劳寿命预测.研究结果表明,弹塑性有限元分析法预测的寿命偏低,由残余应力可以较准确地确定最大应力应变循环.     

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。     

深水压力补偿用U型波纹管疲劳寿命分析

深海用压力补偿器中弹性补偿部分的寿命很重要,用Hypermesh和ANSYS Workbench联合仿真,对其进行了非线性有限元分析,并借助ANSYS Workbench的Fatigue Tools计算其疲劳寿命。分析了影响其疲劳寿命的相关因素,为深海用多层U型波纹管的选用提供了设计指导。