金屬膨脹節(jié)中波紋管失穩(wěn)的有限元計(jì)算
有限元軟件一般提供兩種失穩(wěn)分析方法，即特征值屈曲分析和非線性屈曲分析。上節(jié)兩個(gè)失穩(wěn)實(shí)例是用特征值分析計(jì)算的。特征值法是彈性分析，不能用于出現(xiàn)塑性變形的結(jié)構(gòu)。由于金屬膨脹節(jié)中波紋管的柱失穩(wěn)和平面失穩(wěn)都可能在塑性狀態(tài)下發(fā)生，因此本文采用了非線性屈曲分析，材料模型為彈性理想塑性體。本節(jié)算例假設(shè)材料的彈性模量為2*10^5mpa、屈服應(yīng)力為230mpa。有限元軟件為ANSYS，采用SHell 51殼單元。進(jìn)行非線性屈曲分析需要給波紋管設(shè)置初始缺陷，使其成為非軸對(duì)稱體。初始缺陷可以是波紋局部材料不均勻或形狀不規(guī)整。造成失穩(wěn)的內(nèi)壓用弧長(zhǎng)法計(jì)算。
1.柱失穩(wěn)
波紋管幾何參數(shù)：內(nèi)徑150mm、波高25mm、波距25mm、壁厚0.5mm、10個(gè)波。用公式計(jì)算的內(nèi)壓為0.17MPa（已加系數(shù)）。圖5和圖6是內(nèi)壓為0.5Mpa時(shí)的彈性解。圖7是用弧長(zhǎng)法求得的載荷-撓度曲線，圖中顯示內(nèi)壓為0.69MPA（未加系數(shù)）——達(dá)到該值撓度劇增。圖8為屈曲時(shí)的形狀。
2.平面失穩(wěn)
波紋管幾何參數(shù)：內(nèi)徑300mm、波高30mm、波距30mm、壁厚0.8mm、4個(gè)波。用公式計(jì)算的內(nèi)壓為0.63mpa（已加系數(shù)）。圖9位載荷——撓度曲線，圖中顯示內(nèi)壓位1.05mpa（未加系數(shù)）。圖10為屈曲時(shí)的形狀。
3.小結(jié)
用非線性屈曲分析即可以得出柱失穩(wěn)又可以得出平面失穩(wěn)，從側(cè)面說(shuō)明這兩種失穩(wěn)機(jī)理相同，波紋管終發(fā)生何種失穩(wěn)因波紋參數(shù)而定（主要是波數(shù)）。
