三层U形波纹管疲劳寿命影响因素分析

2021-12-01张祖铭于文峰梁晓东卢衷正

压力容器 2021年10期

张祖铭，李亮，于文峰，梁晓东，卢衷正，王旭

(1.辽宁石油化工大学机械工程学院，辽宁抚顺 113001；2.沈阳晨光弗泰波纹管有限公司，沈阳 110023)

0 引言

金属波纹管是一种具有横向波纹的轴对称圆柱形金属薄壳，通常由高镍合金、奥氏体不锈钢等金属材料制成[1]。作为波纹管膨胀节的工作主体，其伸缩变形等能力主要靠波纹管来实现，常用于连接、补偿、密封、减振降噪等工作场合[2]。作为基础元件，波纹管的疲劳寿命是其重要性能指标之一，目前主要通过试验、理论经验计算和有限元仿真三种方法测出其疲劳性能。其中疲劳试验成本较高、周期较长；理论计算则误差较大；而利用有限元法模拟计算多层波纹管的疲劳寿命具有较高的准确性和效率。但目前针对复杂工况下的多层波纹管疲劳寿命影响因素的分析研究还较少。

文中以一个3层无加强U形波纹管为算例，其结构参数见表1。该产品用于连接某化工管道处，起到补偿吸收由振动冲击带来的位移变化、使整个管道系统可稳定工作的作用。图1示出常见的U形波纹管膨胀节。通过有限元软件ANSYS Workbench，分析预测多层波纹管在指定工况下的疲劳寿命，并对其结构因素变化与疲劳寿命间的相应影响关系进行研究，以期得到多层波纹管的结构参数与疲劳寿命间的影响关系，为多层波纹管的结构设计提供指导。