金屬波紋管設(shè)計的數(shù)值模擬方法

　　金屬波紋管設(shè)計采用數(shù)值模擬技術(shù)能克服工程近似計算公式存在的不足。目前有限元軟件分析，不僅能分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)的靜力問題，而且可以解熱—結(jié)構(gòu)耦合、機(jī)械—流體耦合等多物理場問題；不僅可以分析線性彈性問題，同時也能解結(jié)構(gòu)、材料的非線性問題。采用三維有限元軟件，可以按照波紋管實際結(jié)構(gòu)形狀，建立有限元實體模型，避免了模型誤差。通過有限元求解，可以了解應(yīng)力和變形的詳細(xì)分布情況，為金屬波紋管分析設(shè)計提供應(yīng)力分析依據(jù)。

　　針對金屬波紋管結(jié)構(gòu)和載荷特點，采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行應(yīng)力分析過程需要注意以下幾點：

　　1）模型

　　有限元模型可以采用二維或三維模型。如果波紋結(jié)構(gòu)、邊界條件和載荷完全對稱，為了節(jié)約計算資源，可以采用二維有限元模型。三維模型比較直觀，但建立的模型較大，對計算機(jī)硬件要求較高。采用三維有限元模型時，也可根據(jù)結(jié)構(gòu)對稱性，選取1/2或1/4實體結(jié)構(gòu)建模計算。

　　模型建立還應(yīng)考慮腐蝕裕量的影響。在金屬波紋管剛投入使用時，其厚度包括腐蝕裕量，在使用壽命后期，其厚度不包括腐蝕裕量。壁厚的變化會影響金屬波紋管的剛度、承壓能力、疲勞壽命和穩(wěn)定性，因此，需建立包括腐蝕裕量和不包括腐蝕裕量的兩種模型同時進(jìn)行計算。

　　2）載荷

　　金屬波紋管受到的載荷可以分為兩大類：壓力載荷和位移載荷。其中壓力載荷分為內(nèi)壓和外壓；位移載荷可分為壓力引起的位移和熱脹冷縮引起的位移，這兩種位移載荷可能同時作用，也可能只是其中之一作用。

　　3）應(yīng)力分類和評定

　　金屬波紋管有限元應(yīng)力分析結(jié)果，應(yīng)根據(jù)載荷性質(zhì)和分布特性分為一次應(yīng)力、二次應(yīng)力和峰值應(yīng)力，并采用不同的許用值加以限定。

　　在環(huán)殼、環(huán)板和直邊圓筒遠(yuǎn)離結(jié)構(gòu)不連續(xù)處，由壓力載荷產(chǎn)生的薄膜應(yīng)力屬于一次總體薄膜應(yīng)力，壓力載荷產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力屬于二次應(yīng)力，溫差導(dǎo)致的位移載荷產(chǎn)生的薄膜和彎曲應(yīng)力屬于二次應(yīng)力。