单层膨胀节ANSYS分析

dqdpdiysl · 发表于 2007-4-12 18:29

1、文章是用塑性分析的方法验证所计算的结构符合GB16749-1997的强度要求，进而说明标准是合理可靠的。2、文章考虑了：① 材料的塑性，即应力达到屈服限以后应力-应变关系是一段一段的具有各自不同的比例关系，而在标准中和我们的计算中用的是应力达到屈服限后应力不增加，应变无限增加，应变对应的应力是名义应力，而塑性分析算出的是真实应力。②各层之间的接触作用。3、从文章中有一点启示，用标准公式算出的组合应力729.3（或ANSYS弹塑性分析算出的Von mises 768.5）与文章中塑性分析的247.3是对应的（文中表1的1.6MPa那一行）。就是说虽然标准算出的是729.3，但真实的应力仅为247.3。而729.3（或ANSYS弹塑性分析算出的Von mises 768.5）是名义的、假的，人家算的247.3才是真的——超过了屈服限。4、需要的总补偿量（膨胀节一端相对另一段的位移）一定的时候，波数多则一个波的轴向位移就少，根据标准的公式可以看出这对减少位移引起的应力是有益的。文章考虑了塑性和接触应力后结论不同是可以理解的。5、标准中的计算方法不能直接算出压力和端部位移共同作用下的应力，用的是分别计算（σz，σc、σ1、σ2、σ3、σ4、σ5）再叠加（σp、σd、σR）的方法，并采用不同的判据。若用有限元方法，一次加所有载荷，直接得到压力和端部位移共同作用下的应力，用Von mises 的膜应力≤[σ]，膜+弯≤1.5σs。考虑疲劳计算交变应力强度幅是用σR。6、个人认为，膨胀节是在塑性状态下工作的，现在又有做塑性大变形非线性分析的工具（不象制定标准时的那个年代），所以采用弹性假定下的有限元分析意义不大。在塑性状态下应力、应变当然很大，但还未达到强度破坏的地步（因此是安全的），不做塑性分析是应力算不出来的。7、你的计算与文章的差别是由于基础假定的差别造成的。你的计算相当于用程序计算而不查表查曲线用公式，其结果要靠到标准上。我也没做过塑性分析，有点纸上谈兵的意思，不过基本概念是这样的。仅供参考。

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xiaoxiao · 发表于 2007-4-13 06:16

感谢dqdpdiysl的指点，听同时说不能用实体单元来分析膨胀节，不知道是否正确，楼主采用的82单元是否可行，感谢！

mystic · 发表于 2007-4-13 16:46

非常感谢dqdpdiysl的无私帮助。我仔细想了想，的确如此。在分析的时候如果要以Von mises屈服准则进行大应变分析，则在定义材料属性的时候必须输入材料的真实应力应变曲线（定义多线性随动强化数据表），可惜我没有这方面的数据，否则我是一定要试一试的。大致明白了^_^。下面的资料来自仿真论坛，一起分赏。四种典型的非线性材料 介绍四种典型的非线性材料: 1.经典双线性随动强化 BKIN 2.双线性等向强化 BISO 3.多线性随动强化 MKIN 4.多线性等向强化 MISO 1.经典的双线性随动强化（BKIN） 使用一个双线性来表示应力应变曲线，所以有两个斜率，弹性斜率和塑性斜率，由于随动强化的Von mises屈服准则被使用，所以包含有鲍辛格效应，此选项适用于遵守Von Mises 屈服准则，初始为各向同性材料的小应变问题，这包括大多数的金属。 需要输入的常数是屈服应力和切向斜率，可以定义高达六条不同温度下的曲线。 注意： 1.使用MP命令来定义弹性模量 2.弹性模量也可以是与温度相关的 3.切向斜率Et不可以是负数，也不能大于弹性模量 在使用经典的双线性随动强化时，可以分下面三步来定义材料特性。 1.定义弹性模量 2.激活双线性随动强化选项 3.使用数据表来定义非线性特性 双线性等向强化（BIS0） 也是使用双线性来表示应力－应变曲线，在此选项中，等向强化的Von Mises 屈服准则被使用，这个选项一般用于初始各向同性材料的大应变问题。需要输入的常数与BKIN选项相同。 举例如下: MP,EX,1,200e9 MP,NUXY,1,0.25 MP,GXY,1,150e9 TB,BISO,1 TBDATA,1,300e6,2000e6 多线性随动强化（MKIN） 使用多线性来表示应力－应变曲线，模拟随动强化效应，这个选项使用Von Mises 屈服准则，对使用双线性选项（BKIN）不能足够表示应力－应变曲线的小应变分析很有用。 需要的输入包括最多五个应力－应变数据点（用数据表输入），可以定义五条不同温度下的曲线。 在使用多线性随动强化时，可以使用与BKIN相同的步骤来定义材料特性，所不同的是在数据表中输入的常数不同，举例如下: MPTEMP，，10，70 MPDATA，EX，3，，30ES，25ES TB，MK2N，3 TBTEMP，，STRA2N TBDATA，，0.01，0.05，0.1 TBTEMP，10 TBDATA，，30000，37000，38000 TBTEMP，70 TBDATA，，225000，31000，33000 多线性等向强化（MISO） 使用多线性来表示使用Von Mises屈服准则的等向强化的应力－应变曲线，它适用于比例加载的情况和大应变分析。 需要输入最多100个应力－应变曲线，最多可以定义20条不同温度下的曲线。 其材料特性的定义步骤如下： 1.定义弹性模量 2.定义MISO数据表 3.为输入的应力－应变数据指定温度值 4.输入应力－应变数据 5.画材料的应力－应变曲线 与MKIN 数据表不同的是，MISO的数据表对不同的温度可以有不同的应变值，因此，每条温度曲线有它自己的输入表。还有，为了感谢dqdpdiysl，特奉献一个万方数据库的免费帐号，至少现在还可以用的。http://www.xjsp.org.cn:90/ 万方资源帐号/密码：christopher63/0111055望笑纳^_^，希望以后多多交流。

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dqdpdiysl · 发表于 2007-4-13 17:09

<div class="msgheader">QUOTE:</div><div class="msgborder">以下是引用xiaoxiao在2007-4-12 22:16:27的发言： 感谢dqdpdiysl的指点，听同时说不能用实体单元来分析膨胀节，不知道是否正确，楼主采用的82单元是否可行，感谢！</div>不知这种说法的依据是什么。我觉得不但能而且应该用实体单元（具有塑性分析功能的）进行分析。因为用体单元则避开了板壳理论的那些假设（如层间不挤压，直法线假设等），应当说更合理。另外，用板壳单元不能确定峰值应力，而对于膨胀节来讲疲劳分析是必须的，没有峰值应力不行。再说玫瑰的帖子不就是用的实体单元吗。仅供参考。

dqdpdiysl · 发表于 2007-4-13 17:22

to mystic：十分感谢提供，一定去看看。祝工作顺利事业有成！谢谢！

PV_CharTech · 发表于 2007-4-16 07:53

这个膨胀节的计算，应考虑到几何大变形，按几何非线性问题进行分析，如果按当前的作法，是会得出非常大的应力。几何非线性同时考虑到材料的理想弹塑性，才能对这个问题有一个完美的解决。从几何非线性考虑的情况下，在几何模型出现大变形时，有限元模型单元中积分点的行为也是变化的。膨胀节的破坏一般情况下都是由于有较大的变形，从而造成局部塑性变形较大，产生失稳破坏。如有交变载荷的作用时，更加剧了这一趋势。所以对于膨胀节的分析，只用常规的方法在ANSYS中分析是不行的，必然存在着这么大名义应力。如果按几何非线性、材料是理想弹塑性进行分析的话，可以求得当前的结构的临界失稳载荷（边界施加的临界位移量、临界内压力），对我们的设计工作有一定的参考。但是，最好还是按规范GB16749中的计算方法，该标准中的计算方法基本与国外的EJMA、TEMA、ASME计算方法是一致的，只不过是在求膨胀节的平面失稳压力时，如果材料有加工硬化的倾向的话，我们应该取1.5倍屈服限来计算平面失稳压力，否则，会经常计算不过去的。

huanghengzhang · 发表于 2011-7-28 08:50

有分析过程不？求要
我的邮箱是：huanghengzhang1984@163.com

allenxiao · 发表于 2011-8-2 08:23

看了半天，是该好好学习下

ronaldo_007 · 发表于 2011-8-11 09:11

膨胀节的分析是不是不能用应力线性化方法评定强度呢？

duble · 发表于 2014-1-10 12:44

回复 5# zhongrong

请问如果是换热器设备的膨胀节可否按着TEMa，如下分析 1）设计工况下，膨胀节一端固定，另一端自由，内表面施加设计压力 2）工作工况下膨胀节一端固定，另一端施加轴向位移，内表面施加工作压力。TEMA的分析看的不太懂

zhongrong · 发表于 2014-1-11 20:28

TEMA第9版的膨胀节只包括有限元分析的规定了，之前的版本可以公式计算的。
如果按TEMA设计膨胀节，建议按TEMA标准规定一步一步去分析，规定很细的，可以分析强度和刚度。
你的第一种工况肯定不行，轴向自由的话膨胀节受压后就拉直了。
作为柔性原件，在分析时建议还是用弹塑性分析，收敛后看曲线，做弹性名义应力分析应力虚高不大合适。

jasonsun · 发表于 2014-2-25 16:16

大力支持！！