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应用案例

波纹管在角位移、横向位移下的几何非线性特征

时间:2012-12-04 09:02 作者:星航波纹管 点击:
turner-ford半圆弧波纹管实验模型B,分别受纯弯矩作用和横向力作用,用几何非线性摄动有限元法进行计算。
通过几个例子看看波纹管的几何非线性特征。

例1、turner-ford半圆弧波纹管实验模型B,分别受纯弯矩作用和横向力作用,用几何非线性摄动有限元法进行计算。

对于C形波纹管,子午向膜应力的非线性效应大,环向次之,弯曲应力几乎不受几何非线性效应的影响,此外。载荷与位移之间的非线性关系也不明显。因为从壳的几何非线性性关系看,弯曲应变关系式本身仍然是线性的,直接的非线性因素是曲率的改变对膜应变的影响。所以弯曲应应力没有直接的非线性效应,而壳曲率的变化程度将直接影响膜应变力的分布。例如,在正负圆弧的连接处,曲率发生突变,膜应力的变化为显著。并且,对于在子午面内整体弯曲的环壳,子午向的曲率变化大于环向,因此,子午向膜应力的非线性效应大于环向应力的非线性效应。还可以推断,由于对于C型波纹管,曲率的突变只是局部的,而局部的的非线性膜应变只产生较小的非线性应变能,因而对整个结构的应变能贡献不大,即对节点位移的影响不可能大,故弯曲应力的非线性效应不明显,载荷与位移之间的非线性关系也不明显。

例2、黎廷新等U型波纹管实验模型。在已知角位移作用下,应力分布同时列出了有限元线性解、非线性解,中细环壳一般解及实测值。载荷位移关系中也同时列出了多种解法的结果,以便比较。常见的U型波纹管,其环壳较细较刚,环板则较宽较柔。本例中环板的宽度大于1/4圆弧长,占结构的1/3强。因此,模型在变形过程中,有较大的区域曲率发生显著地变化,在几何关系中的非线性项不仅直接增加了膜应力的非线性效应,而且对于整个结构的节点位移开始起作用。故一般情况下,U型波纹管非线性效应大于C型波纹管非线性效应。尽管如此,由比较和常识可知,对于常规的波纹管,在实用的范围内,线性解仍可用。

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