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金属软管的静态有限元分析
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时间: 2020-05-30 17:06 浏览次数:
金属软管 大体上由波纹管、网套及接头三大部分构成。波纹管是金属软管的主体,起着绕性的作用;网套起加强、屏蔽的作用;接头起着连接的作用。目前的研究主要集中在主体波纹管上,并且均未考虑端部过渡波的影响,网套的研究就更为少见。 利用ANSYS中的APDL语言

    大体上由波纹管、网套及接头三大部分构成。波纹管是金属软管的主体,起着绕性的作用;网套起加强、屏蔽的作用;接头起着连接的作用。目前的研究主要集中在主体波纹管上,并且均未考虑端部过渡波的影响,网套的研究就更为少见。

  利用ANSYS中的APDL语言,建立了波纹管和网套的参数化有限元模型,利用约束方程建立网套与波纹管之间的关系,并考虑了端部过渡波对波纹管和网套的影响,由于网套是由许多根钢丝按一定的螺旋角盘绕而成,其应力对约束非常敏感,特别是在端部,更容易应力集中,约束稍加不当。应力会迅速上升,所以给网套施加合理的约束非常重要,本文采用Beam189非线性梁单元对网套进行建模,Beam 189具有六个自由度,ROM ROTY,ROTZ三个转动自由度和UX,UY,UZ三个位移自由度,在端部本文采用限制UX,UY,UZ三个位移方向的移动,但可以沿X,Y,Z轴自由转动,在过渡波处,本文采用网套与过渡波在锥面(波纹管在过渡波处可以拟合为锥面)的法向位移一致。本文对金属软管静态特性进行有限元分析,得到了静态特性曲线,并将结果与试验结果进行比较,验证了有过渡波时其结果与试验结果更接近,说明了加过渡波的金属软管有限元模型更合理。为金属软管的进一步研究提供了更为合理的有限元模型。
  在建立有限元模型时我们采用一端固定,另一端采用网套与波纹管在直板段的1/2处网套与直板段祸合在一起,在最右端采用网套与直板段固定在一起,然后施加UX方向的错动位移量,得到波纹管和网套以及软管的支反力随位移的变化曲线图。
  波纹管的最大应力出现在两端,而在中间其应力很小,这跟试样试验得出的金属软管在端部遭到破坏相吻合。从图中我们得出:波纹管呈现出双线性弯曲,在中间应力很小,最大应力出现在两端。波纹管的最大应力为 136.656MPa,网套的最大应力161.458MPa,网套应力略高于波纹管应力,试验情况是网套先遭到破坏,并且破坏的位置位于端部.这说明有限元分析的结果与试验情况是吻合的,进一步证明了我们有限元建模的正确性。
  通过对金属软管的拉伸、压缩、弯曲以及错动的静态有限元分析,得到了波纹管和网套的应力云图,并且将分析结果与试验结果进行了比较,证明了有限元建模的正确性,为金属软管的动力分析提供了有效合理的有限元模型,为金属软管的生产设计提供了可靠的基础。
 
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