化工管路金属软管力学行为的非线性有限元分析

• 作 者: 杜伟杰
• 出 处: 华东理工大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 金属软管 力学行为 非线性有限元 ANSYS

波纹金属软管是化工管路系统中量大面广的补偿元件,主要起承受内压,补偿轴向位移、横向错动位移、管道热变形,还具有隔振降噪等重要作用,是管路系统完整性与密封性的薄弱环节,因此,其合理设计与安全运行对石化各类装置的安全生产具有重要意义。本文运用ANSYS非线性有限元方法,对带网套双层波纹金属软管在工作状态下进行静力学分析和热分析。采用三维二次等参元离散波纹管,梁单元离散网套,运用节点耦合法表述波纹管与网套的相互作用关系,考虑弹塑性本构关系、几何非线性和层间接触非线性,建立双层波纹管和带网套双层金属软管的三维有限元模型。首先,得到了金属软管在轴向位移作用下的应力分布规律,验证了网套对波纹管具有加强作用。其次,对金属软管施加横向错动位移载荷,得到了金属软管在横向位移作用下的应力分布规律,内层波纹管应力分布具有"中性层"现象。最后,选用同样节点的热单元离散波纹管,考虑波纹管层间死空气层的影响,进行了高温运行工况下温度场分析,进而对金属软管进行热变形与热应力分析,发现不带网套的波纹管高温工况下热应力和热变形分布更均匀,说明仅高温工况下,网套的作用并不明显。所得结果对各类化工装置在各种复杂工况下的金属软管的设计、选用与安全维护均具有参考价值。