金属软管的静态有限元分析
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时间: 2020-05-30 17:06
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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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