V形膨胀节的承载和补偿能力分析及膨胀节成形过程模拟

论文摘要

膨胀节是受热管网和设备进行热补偿的关键部件之一,除了位移补偿的作用之外,还同时兼有减震降噪和密封的功能。膨胀节是一个比较特殊的受力结构,在使用中要求它既要有高的承压能力,又要有良好的柔性。此外,膨胀节还应具备一定的稳定性和疲劳寿命。因此,由于结构和要求特殊,膨胀节的设计、选材、制造、试验等不同于一般的压力容器和管件等结构件,它的设计必须遵循特有的规范和标准。本论文对不同侧壁偏角的V形膨胀节进行了承载能力和变形补偿能力的有限元分析,目的是为V形膨胀节的推广和相关标准的制订提供一定的参考。首先,论文建立了不同侧壁偏角的V形膨胀节的参数化有限元模型,分别采用分析设计和极限分析两种方法考察了V形膨胀节承受内压和轴向载荷的能力。结果表明:分析设计和极限分析两种方法的结果一致,侧壁偏角越小,内压承载能力越强,轴向承载能力越弱。其次,论文采用分析设计法对不同侧壁偏角的V形膨胀节进行了变形补偿能力的分析。结果表明:侧壁偏角越小,轴向补偿能力越强。最后,对膨胀节的成形过程进行了数值模拟。使用三维实体单元进行建模,对其进行静力分析,施加膨胀节成形时的最终载荷,得到了膨胀节成形时,成形模各部分及管坯的应力情况;使用二维实体建模,对其进行瞬态分析,模拟了膨胀节的成形过程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及项目名称
• 1.2 前人研究工作综述
• 1.2.1 膨胀节概述
• 1.2.2 波纹管膨胀节相关标准研究
• 1.2.3 波纹管膨胀节研究方法简介
• 1.2.4 膨胀节研究进展
• 1.3 本论文研究内容
• 1.4 本课题的难点
• 1.5 本课题的创新点
• 第二章 有限元模型的建立
• 2.1 有限元及ANSYS软件简介
• 2.1.1 有限元理论简介
• 2.1.2 ANSYS通用有限元程序简介
• 2.2 V形膨胀节有限元模型的建立
• 2.3 单元类型的确定
• 2.4 网格密度的确定
• 2.5 边界条件和载荷形式
• 2.6 膨胀节的材料机械性能
• 2.7 参数化命令流的编制
• 第三章 V形膨胀节的承载能力和轴向补偿能力的分析
• 3.1 分析设计和极限分析简介
• 3.1.1 分析设计简介
• 3.1.2 极限分析简介
• 3.2 V形膨胀节的承载能力的分析
• 3.2.1 V形膨胀节在内压作用下的承载能力分析
• 3.2.2 V形膨胀节轴向承载能力分析
• 3.2.2.1 基于GB4732-1995的应力分析
• 3.2.2.2 极限载荷分析
• 3.3 V形膨胀节轴向变形补偿能力分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 膨胀节成形过程模拟
• 4.1 膨胀节制造工艺简介
• 4.1.1 波纹管的成形方法
• 4.1.2 液压成形
• 4.1.2.1 多波一次成形
• 4.1.2.2 单波连续成形
• 4.2 膨胀节成形加工过程及成形后的结构
• 4.3 成形过程有限元模拟与分析
• 4.3.1 三维稳态分析
• 4.3.1.1 三维模型的建立
• 4.3.1.2 三维模型分析结果
• 4.3.2 二维瞬态分析
• 4.3.2.1 有限元模型的建立
• 4.3.2.2 二维模型分析结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 论文的主要结论
• 5.2 对于本课题研究的展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书