金屬軟管的靜態(tài)有限元分析
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時間: 2020-05-30 17:06
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金屬軟管 大體上由波紋管、網(wǎng)套及接頭三大部分構(gòu)成。波紋管是金屬軟管的主體，起著繞性的作用;網(wǎng)套起加強(qiáng)、屏蔽的作用;接頭起著連接的作用。目前的研究主要集中在主體波紋管上，并且均未考慮端部過渡波的影響，網(wǎng)套的研究就更為少見。 利用ANSYS中的APDL語言
大體上由波紋管、網(wǎng)套及接頭三大部分構(gòu)成。波紋管是金屬軟管的主體，起著繞性的作用;網(wǎng)套起加強(qiáng)、屏蔽的作用;接頭起著連接的作用。目前的研究主要集中在主體波紋管上，并且均未考慮端部過渡波的影響，網(wǎng)套的研究就更為少見。
利用ANSYS中的APDL語言，建立了波紋管和網(wǎng)套的參數(shù)化有限元模型，利用約束方程建立網(wǎng)套與波紋管之間的關(guān)系，并考慮了端部過渡波對波紋管和網(wǎng)套的影響，由于網(wǎng)套是由許多根鋼絲按一定的螺旋角盤繞而成，其應(yīng)力對約束非常敏感，特別是在端部，更容易應(yīng)力集中，約束稍加不當(dāng)。應(yīng)力會迅速上升，所以給網(wǎng)套施加合理的約束非常重要，本文采用Beam189非線性梁單元對網(wǎng)套進(jìn)行建模，Beam 189具有六個自由度，ROM ROTY,ROTZ三個轉(zhuǎn)動自由度和UX,UY,UZ三個位移自由度，在端部本文采用限制UX,UY,UZ三個位移方向的移動，但可以沿X,Y,Z軸自由轉(zhuǎn)動，在過渡波處，本文采用網(wǎng)套與過渡波在錐面(波紋管在過渡波處可以擬合為錐面)的法向位移一致。本文對金屬軟管靜態(tài)特性進(jìn)行有限元分析，得到了靜態(tài)特性曲線，并將結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了有過渡波時其結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果更接近，說明了加過渡波的金屬軟管有限元模型更合理。為金屬軟管的進(jìn)一步研究提供了更為合理的有限元模型。
在建立有限元模型時我們采用一端固定，另一端采用網(wǎng)套與波紋管在直板段的1/2處網(wǎng)套與直板段禍合在一起，在最右端采用網(wǎng)套與直板段固定在一起，然后施加UX方向的錯動位移量，得到波紋管和網(wǎng)套以及軟管的支反力隨位移的變化曲線圖。
波紋管的最大應(yīng)力出現(xiàn)在兩端，而在中間其應(yīng)力很小，這跟試樣試驗(yàn)得出的金屬軟管在端部遭到破壞相吻合。從圖中我們得出:波紋管呈現(xiàn)出雙線性彎曲，在中間應(yīng)力很小，最大應(yīng)力出現(xiàn)在兩端。波紋管的最大應(yīng)力為 136.656MPa，網(wǎng)套的最大應(yīng)力161.458MPa，網(wǎng)套應(yīng)力略高于波紋管應(yīng)力，試驗(yàn)情況是網(wǎng)套先遭到破壞，并且破壞的位置位于端部.這說明有限元分析的結(jié)果與試驗(yàn)情況是吻合的，進(jìn)一步證明了我們有限元建模的正確性。
通過對金屬軟管的拉伸、壓縮、彎曲以及錯動的靜態(tài)有限元分析，得到了波紋管和網(wǎng)套的應(yīng)力云圖，并且將分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，證明了有限元建模的正確性，為金屬軟管的動力分析提供了有效合理的有限元模型，為金屬軟管的生產(chǎn)設(shè)計(jì)提供了可靠的基礎(chǔ)。
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