阀门用波纹管的应力分析_巫宗萍

2006年11月

第11期(总第183期)

润滑与密封

LUBR I CAT I ON ENG I NEER I NG

Nov 12006

N o 111(serial N o 1183)

*基金项目:中国工程物理研究院科学技术预先研究基金项目(20050868).

收稿日期:2006-03-13

作者简介:巫宗萍(1972)),女,硕士,工程师,主要从事密封系统元器件设计1E -ma i :l z hangka i w z p @1631co m 1

阀门用波纹管的应力分析

*

巫宗萍 徐 兵 羊海涛

(中国工程物理研究院结构力学研究所 四川绵阳621900)

摘要:基于有限元方法建立了阀门用波纹管的应力分析方法,通过对波纹管进行有限元分析。结果表明,无论何种工况,波纹管各层的应力分布规律基本相同,其分布规律是波峰与波谷部位应力较大,其余部位应力较小;在位移载荷(拉或者压)作用下,波纹管的最大等效应力均发生在波谷位置;在拉伸位移-内压联合作用下,结构最大应力发生在波峰,在压缩位移-内压联合作用下,结构最大应力发生在波谷;在工作状态下,波纹管的应力主要是由位移载荷引起,

因此,在使用过程中应严格控制位移的大小。

关键词:有限元方法;阀门;波纹管;应力分析

中图分类号:TH 12314 文献标识码:A 文章编号:0254-0150(2006)11-127-3

Stress Analysis on Corrugated Tube of Valves

W u Zongp i n g Xu B ing Yang Haitao

(Instit ute of Syste m M echan ics ,Ch i naA cade m y of Engi neeri ng Physics ,M ianyang S i chuan 621900,Chi na)

Abstract :A sm i ulation way of stress analysis on corr ugated t ube of va l vesw as esta b lished based on fi n ite ele m ent ana-l

ysism ethod .Through fi nite ele m e nt analyse of stress state of corr ugated tube ,the results sho w that at a ny operati ng m ode ,

the re gularit i es of stress distribut i on are that there ex ists large stress at the wave ri dge or w ave trough of corrugated t ube ,and little stress at the other part of corrugated tube .U nder stretch or co m press action ,the l argest equivalent stress appears at the w ave trough of corrugated tube .U nder stretch a nd i nter na l pressure action ,the lar gest str ucture stress appears at the w ave ridge o f corr ugated tube .U nder co mpress a nd i nter na l pressure action ,the lar gest str ucture stress appears at the w ave trough of c orrugated t ube .Ow ing to stress of corr ugated t ube co m es fr o m displace m ent l oad ,t he displace m ent of corrugated tube shoul d be strictl y controlled at the process of its applications .

K eywords :finite ele ment analysism ethods ;valve ;corrugated tube ;stress analysis

氢环境用阀门的外密封一旦发生泄漏,易污染环

境,引起严重的事故。波纹管阀门外密封失效的原因主要有:波纹管自身破坏而泄漏;波纹管与阀杆焊接引起泄漏。波纹管与阀杆焊接引起泄漏一般在焊接后可通过有效检测手段预先剔除,因此阀门在多次使用过程中,发生在波纹管处的外密封泄漏是密封失效的主要方式。为了确保波纹管的受力状态良好,达到波纹管阀门外密封零泄漏的目标,需对波纹管应力分布状态进行分析研究[1-3]

。周毅锦等[4]

采用轴对称单元,建立了用单层结构模拟多层波纹管结构的非线性有限元模型,运用ANSY S 有限元软件对其在不同工况下平面失稳时的应力响应进行了计算。赵连生等[5]

采用非线性有限元分析了U 形波纹管的强度,用8节点空间单元对波纹管作非线性(包括几何和材料)

分析,所得到的应力大小较接近实测值,应力分布规律符合实际情况。王平

[6]

等应用几何非线性原理,采

用4节点空间壳体单元对U 形波纹管在各种受载情

况下的强度进行了分析。

本文作者采用有限元方法对氢环境中使用的波纹管阀门中的波纹管的力学性能进行分析,得到了波纹管在拉伸、压缩以及拉伸和压缩联合作用下的应力分布,为设计阀门时选取合适的开启高度提供了依据。1 波纹管有限元模型的建立

根据波纹管计算类型(应力、失稳等)的不同,可以选用不同的有限元模型。波纹管是一个标准的轴对称结构,其受力状况也是对称的,所以对波纹管进行应力分析采用平面轴对称模型。采用该模型,计算过程比较简单,计算结果比较准确。经过初步试算发现,在内压作用下,波纹管不会与阀体内壁发生接触,因此,只单取波纹管进行分析,并按其实际几何尺寸建立二维轴对称模型。采用AN SYS 软件的pla ne82号单元对结构进行离散,该单元是8节点的等参元,适用于有曲边的结构和大应变分析。同时在