U形波纹管膨胀节在弯矩载荷作用下的失稳特性研究

本文在对各国膨胀节标准进行对比的基础上，建立了U形波纹管膨胀节的参数化三维有限元分析模型，通过有限元计算结果和标准公式计算结果的对比，证明用有限元方法来分析波纹管膨胀节具有可靠性和可行性。本文主要分析了直边加强U形波纹管在弯矩载荷作用下应力应变状态和失稳的临界弯矩及失稳模态，主要得出以下结论： 1) 当U形波纹管在弯矩载荷作用时，波谷处的应力强度最大； 2) 在相同弯矩作用时，随着壁厚、公称直径、圆弧半径的增大，波纹管的最大应力强度值均近似呈线性减小； 3) U形波纹管在弯矩载荷作用下发生失稳时，大多数情况下平面失稳和柱失稳同时存在，随着波数的增加，失稳形式由以平面失稳为主向以柱失稳为主过渡； 4) 轴向压应力使承受弯矩载荷的U形波纹管更容易发生失稳，轴向拉应力则会增强波纹管结构的稳定性； 5) 经分析本文所研究的U形波纹管承受弯矩载荷作用时发生非弹性失稳； 6) 此外，本文提出了在弯矩载荷作用下，U形波纹管膨胀节失稳临界弯矩的初步计算公式。 这些结论对工程中U形波纹管承受弯矩失稳具有重要参考价值，本文所采用的有限元分析方法，可弥补标准公式中存在的不足。