金屬波紋補(bǔ)償器的失穩(wěn)現(xiàn)象的方法分析

2025-07-07

金屬波紋補(bǔ)償器是補(bǔ)償器的一種，金屬波紋補(bǔ)償器采用奧氏體不銹鋼材料或按用戶(hù)要求的材料制造，具有優(yōu)良的柔軟性，耐蝕性，耐高溫性(-235℃ ~ +450℃)，耐高壓性(最高為32MPa)，在管路中可對(duì)任何方向進(jìn)行連接，用以溫度補(bǔ)償和吸收振動(dòng)、降低噪聲、改變介質(zhì)輸送方向、消除管道間或管道與設(shè)備間的機(jī)械位移等，雙法蘭金屬波紋軟管對(duì)有位移、振動(dòng)的各種泵、閥等的柔性接頭尤為適用。

金屬波紋補(bǔ)償器的失穩(wěn)是個(gè)瞬態(tài)現(xiàn)象，在失穩(wěn)前產(chǎn)生的是小位移、小應(yīng)變，而失穩(wěn)后則產(chǎn)生了大位移、大應(yīng)變。一般用有限元法處理該類(lèi)穩(wěn)定性問(wèn)題的方法大致有兩種：一種是按特征值問(wèn)題來(lái)求解失穩(wěn)形態(tài)；另一種是通過(guò)追蹤失穩(wěn)路徑，獲取失穩(wěn)前后結(jié)構(gòu)變化、應(yīng)力和載荷分布情況，以此來(lái)判斷失穩(wěn)現(xiàn)象的分析方法。

金屬波紋補(bǔ)償器作為一個(gè)彈性、承壓零件，它的主要失效性形式為疲勞破壞。波紋管的使用壽命在10萬(wàn)次以?xún)?nèi)的，用初始裂紋法進(jìn)行疲勞壽命分析；波紋管的使用壽命在10萬(wàn)次以上的，用全壽命分析法進(jìn)行疲勞壽命分析。影響金屬波紋管膨脹節(jié)疲勞壽命的因素很多，其中主要的因素有波紋管的幾何參數(shù)、成形時(shí)壁厚減薄、加工硬化、熱處理狀態(tài)、材料循環(huán)特性、工作條件等。

應(yīng)用有限元法分析金屬波紋補(bǔ)償器疲勞壽命的一般步驟是先用結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行應(yīng)力分析，然后將應(yīng)力分析的結(jié)構(gòu)讀入疲勞分析軟件中進(jìn)行疲勞壽命分析。

對(duì)于金屬波紋管膨脹節(jié)的柱失穩(wěn)，類(lèi)似于壓桿穩(wěn)定現(xiàn)象，中心軸發(fā)生偏移。在構(gòu)建有限元模型時(shí)可以建立二分之一實(shí)體模型，按照實(shí)際工況，波紋管左端固支，右端約束軸向位移，內(nèi)腔比例施加內(nèi)壓，對(duì)稱(chēng)面施加對(duì)稱(chēng)約束。

金屬波紋補(bǔ)償器當(dāng)內(nèi)壓施加到7.2MPa時(shí)，波紋管中心軸幾乎沒(méi)有發(fā)生位移，尚未發(fā)生柱失穩(wěn)；在內(nèi)壓施加到7.3MPa，波紋管開(kāi)始有失穩(wěn)趨勢(shì)，當(dāng)內(nèi)壓施加到8MPa時(shí)，波紋管發(fā)生明顯屈曲。因此，可以認(rèn)為此時(shí)金屬波紋管膨脹節(jié)產(chǎn)生柱失穩(wěn)現(xiàn)象。