有限元分析在波纹管平面失稳中的应用研究

波纹管作为一种关键的工业组件,其结构稳定性对保障系统安全运行至关重要。平面失稳作为一种常见的结构失效模式,其预测和控制一直是工程界的难题。为了解决这一问题,本文首先回顾了波纹管平面失稳的物理背景和工程意义,明确了研究的重要性和应用前景,详细介绍了波纹管失稳的基本原理,并系统阐述了有限元方法的理论基础、关键技术和实施步骤。通过建立准确的有限元模型,并对材料特性和边界条件进行细致设定,本文对波纹管在不同工况下的平面失稳行为进行了模拟和分析。结果显示,有限元分析能够准确预测失稳发生的临界条件,揭示了影响失稳的主要因素,为波纹管的设计优化和失稳预防提供了有力的理论支撑和实践指南。

基于ANSYS的波纹管波形参数对平面失稳影响的分析

为了研究波纹管波形参数对波纹管平面失稳的影响,使用ANSYS软件建立了波纹管的有限元模型,对不同波形参数下的波纹管有限元模型进行了模态分析与特征值屈曲分析。有限元计算结果表明,增加波纹管的壁厚和波距,或者减小波高,会使波纹管的固有频率和屈曲载荷增加,因此在波纹管设计时,在满足综合性能情况下,可通过在一定范围内增加波纹管的壁厚和波距,或者减小波高的方法减少平面失稳的发生;同时模态分析求出了波纹管的固有频率和振型,可以避免在工程作业中,因为外界振动频率与波纹管固有频率相同而发生共振现象,致使波纹管发生平面失稳,为工程设计提供有效参考。

有限元分析在波纹管平面失稳中的应用

为了研究波纹管平面失稳临界压力,利用有限元分析法对波纹管进行了应力分析和平面失稳临界压力计算,并与试验结果进行了比较。结果表明,采用非线性屈曲分析得到的平面失稳临界压力与试验实测失稳临界压力较接近,其精确性高于理论计算的结果,可为波纹管稳定性设计计算提供参考。

近水平地层滑坡平面失稳模型与破坏判据研究

将近水平地层滑坡视为一个系统,针对其平面失稳问题,在建立力学模型的基础上,运用势函数突变模型,从理论上推导了滑坡系统失稳的力学破坏判据和滑带土的临界变形位移。根据近水平地层滑坡演化系统,结合万州区安乐寺滑坡实例,运用所推导出的滑带土临界变形位移公式,得出临界位移约为34mm,并同时提出系统和临界突变状态的差距与外界环境因素——滑坡后缘裂隙积水深度、滑带土含水量的关系,即当滑坡后缘裂隙积水深度和滑带土含水量越大时,系统与临界突变状态的差距越小,滑坡越容易滑动。

U形无加强波纹管平面失稳判据研究

本文采用了理论分析及非线性有限元分析的方法探讨了单纯内压载荷以及内压—轴向压缩位移载荷下U形无加强波纹管平面失稳的应力判据。与实验结果的对比表明在这两种载荷下 ,U形无加强波纹管平面失稳与否主要取决于波纹管波峰、波谷以及环板中塑性区的产生与扩展。

循环载荷下波纹管应变累积及平面失稳

采用非线性有限元分析的方法 ,探讨了在内压和轴向循环位移联合作用下 ,U形无加强波纹管中的塑性应变累积状况 。

U形无加强波纹管平面失稳有限元分析

建立了U形无加强波纹管结构分析的有限元分析模型 ,采用ANSYS有限元软件对其在不同平面失稳工况下的应力响应进行了计算。结果表明 ,U形无加强波纹管平面失稳与否主要取决于波纹管环板表面塑性区的产生与扩展 。

波纹管在内压和位移作用下的平面失稳机理研究

分析了波纹膨胀节的平面失稳机理，实验测得了零位移状态和压缩位移状态下的平面失稳压力，压缩位移状态下的平面失稳压力明显低于零位移状态下的平面失稳压力。

U型波纹管及相关结构环向屈曲的有限元分析(Ⅲ)——波纹管平面失稳的机理

波纹管无论是在内压还是在外压作用下都会发生环向屈曲或平面失稳 ,问题很复杂至今未得到妥善解决。本文首先指出了现行的有关“塑性铰”概念的某些不足之处 ,然后按文 [8]的有限元法 (考虑了屈曲前的弯曲和屈曲时载荷的转动并按线性化特征值问题处理 )对波纹管的环向屈曲进行了计算 ,并与前人的有关实验进行了对比分析 。

内压—压缩位移载荷作用下U形波纹管平面失稳判据的应用研究

本文在U形无加强波纹管平面失稳判据研究的基础上 ,对内压和轴向位移载荷作用下不锈钢波纹管的平面失稳临界工况线 ,采用了作图法和参数拟合方法加以简化 ,使之能够应用于工程设计。

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。

船用承压金属软管平面失稳性能分析

在ANSYS中建立金属软管的有限元模型,对船用承压金属软管和波纹管的平面失稳性能进行了仿真分析,将其结果与试验结果进行对比,证明了有限元模型的可靠性。对船用金属软管在零位移、拉伸位移和压缩位移状态下的的平面失稳性能进行了有限元仿真分析研究。研究成果对提高金属软管的性能和船舶管路系统的质量以及金属软管结构的优化设计提供了非常有实用价值的参考。

基础竖向多频参数激励下圆弧拱平面内动力失稳研究

地震波、冲击波、环境振动激励会通过地基基础传递到拱上,致使拱发生动力失稳失去承载能力。为深入研究拱在基础竖向激励下的动力稳定性,该文基于能量法,建立了基础竖向激励下圆弧拱平面内动力稳定能量方程,利用哈密顿原理得到了拱面内径向和切向振动的耦合控制方程,求解了圆弧拱平面内失稳前的动轴力与动弯矩解析解。引入拱轴线不可压缩假设,解决了圆弧拱平面内动力控制方程的解耦问题。利用伽辽金法建立了基础竖向多频激励下圆弧拱平面内二阶常微分动力稳定方程,运用多尺度法推导了基础竖向多频激励下圆弧拱平面内动力失稳的临界激励频率解析公式,得到了圆弧拱同时发生一阶反对称参数共振和二阶正对称共振失稳的动力不稳定域,并利用有限元数值分析验证了理论解析解的正确性。进一步分析了拱矢跨比、长细比和圆心角对动力不稳定域的影响。

平面钢管桁架面外失稳的节点刚度参数分析

平面外失稳是平面钢管桁架受压主管在荷载作用下的主要破坏形式之一。在稳定验算过程中,如果不考虑相贯节点转动刚度的影响,对于受压主管无支撑的平面桁架将得到一个不精确的面外稳定承载力。为了评估节点转动刚度各分量的影响,对平面钢管桁架建立带连接单元的杆系非线性有限元分析模型,并对有限元模型的稳定承载力进行了节点刚度参数分析。分析结果表明,节点面外转动刚度对于面外稳定承载力影响显著,而节点面内转动刚度及扭转刚度影响很小,对平面钢管桁架进行稳定分析时,必须考虑节点面外转动刚度的影响,才能得到较为精确的分析结果。

门式框架结构平面外的动力失稳试验研究

针对(铰接式)门式框架结构平面外动力失稳问题进行了试验研究,采用新型的非接触式激振方法,进行了门式框架自参数内共振和非内共振的试验研究,观测和分析了门式框架结构平面外失稳的现象和机理,测量并探究了自参数共振的不稳定区域。结果表明:在门式框架的横梁上施加相当于柱自振频率两倍的周期性激励时,横梁的振动会作为参数激励引发柱在平面外发生主参数共振(动力失稳);若横梁自振频率约为柱自振频率二倍时,结构将发生平面外的自参数内共振;对比自参数内共振和非内共振不稳定区域,发现前者不稳定区域覆盖面积更大,说明自参数内共振更易触发,更具危害性。因此,在门式框架结构的工程设计中应关注自参数共振,尤其是自参数内共振的风险,避免其诱发结构平面外动力失稳。

U形波纹管平面内失稳计算方法探讨

通过理论分析及实验验证指出 ,EJMA标准 1998年Ⅵ版中波纹管平面内失稳的计算式突出了次要因素σ2 ,再用一取值范围变化很大的系数α来修正 ,是不合理的。提出了新的表达形式 ,并指出其与EJMA

热力管道膨胀节的失稳计算

膨胀节用来吸收设备或管道的热位移 ,正确的选择、设计膨胀节十分关键。膨胀节在使用中因内压而引起的强度上的破坏不常见 ,而因失稳或失稳与疲劳交互作用发生破坏的现象却较普遍。膨胀节的失稳现象可分为平面失稳和柱屈失稳。平面失稳的极限压力是内压产生的应力综合作用的结果。柱屈失稳的极限压力和波段长度与直径比值有关。当该比值较小时 ,波纹管失稳的极限压力与波纹管的屈服限有关 ,属非弹性区。随着波数的增多 ,逐渐过度到弹性区。在弹性区 ,失稳极限压力与轴向弹性刚度成正比。对于直径较大和内压较高的膨胀节 ,平面失稳极限压力是波纹管参数选择的控制因素。对于内压较低而热位移量较大的管系 。

压弯构件在弯矩作用平面内的稳定性计算

新订(GBJ17—88)规范中对压弯构件弯矩作用平面内稳定极限承载力计算的规定,比原(TJ17—74)规范作了重大改进。本文从基本概念出发,对其失稳特征进行了讲述;并根据弹塑性工作阶段11种截面形式的压弯构件采用数值法计算和考虑塑性发展等因素后修正得出的理论稳定系数为依据,论证了改进后新规范所采用长细比为参数的相关公式,要比原规范依据三种截面形式采用偏心率为参数的单项计算式更为安全和接近理论值。

倒三角形截面板管连接式钢圆弧拱在平面内的稳定承载力研究

采用理论推导与数值模拟相结合的方法,对倒三角形截面板管连接式钢圆弧拱在平面内的弹性屈曲和弹塑性屈曲进行了深入研究。首先,理论推导了拱的截面剪切刚度,并提出了拱在全跨均布径向荷载作用下的弹性屈曲公式。此外,还提出了避免连接板和弦杆在拱发生整体弹性失稳之前发生局部失稳的限制条件。然后,分别研究了在全跨均布径向荷载和全跨均布竖向荷载作用下,拱的整体弹塑性失稳机理。结果表明,在全跨均布径向荷载下,拱在1/4跨和3/4跨附近的弦杆会发生屈服,最终发生拱的整体弹塑性失稳。基于数值结果,建立了拱在全跨均布径向荷载作用下的稳定曲线,并针对拱发生整体弹塑性屈曲提出了相应的稳定承载力设计公式。在全跨均布竖向荷载作用下,钢拱发生整体失稳时,在拱脚两端附近的下弦杆会进入屈服。同样地,本文也提出了拱在全跨均布竖向荷载作用下,发生整体弹塑性失稳时的稳定极限承载力设计公式。本文所建议的公式与有限元结果符合得较好,可供实际工程设计参考。

不锈钢截止阀波纹管组件腐蚀开裂失效分析

目的针对某炼油厂波纹管截止阀中双层不锈钢304波纹管组件发生开裂,造成截止阀失效的现况,通过失效分析,寻找腐蚀开裂的原因。方法对失效开裂的不锈钢截止阀双层波纹管组件进行外观检查,采用金相显微镜和直读光谱仪分别对失效组件的金相组织和化学成分进行分析,用电子显微镜观察组件断口形貌与特征。结果波纹管组件外层管壁断口上可以观察到解理面和解理台阶,并且能看到腐蚀产物的存在,这是奥氏体不锈钢发生应力腐蚀断裂的典型特征;内层管壁断口上有韧窝存在,属于机械断裂。金相组织和化学成分分析表明,波纹管组件使用的不锈钢材质合乎设计与使用要求。导热油介质检测结果显示,导热油中含氯55 mg/kg,总硫含量350 mg/kg,有害离子含量较高。结论双层波纹管组件的内层管壁和外层管壁的失效机制不同:外层管壁是由Cl^-导致的应力腐蚀开裂;内层管壁是由于外层管壁失效引起波纹管组件失稳,造成抗压强度和寿命急剧降低,在应力的作用下出现韧性断裂。建议降低导热油中有害离子含量,使用耐蚀性更好的材质。