 金属波纹管
金属波纹管的组长与疲劳寿命
S型焊接金属波纹管疲劳寿命的有限元分析波纹管是一种外表面呈波纹状的薄壁管件，一般由不锈钢或铜合金加工制成，具有较大的轴向弹性，是管道的连接和补偿装置，具有工作可靠、结构紧凑等优点，还可以降低噪声，吸收管路的振动，起到减振的作用。
S型焊接金属波纹管是基于仿生拓扑优化方法IBone(ImitationBone)对V型波纹管进行结构优化的产物。IBone优化方法是基于骨生物力学的观点，应用结构拓扑优化理论来对机械零件的结构进行形状优化。当力学环境改变时，骨的组织结构形态会发生相应的变化，把IBone的优化方法应用到波纹管膜片结构的有限元优化中，变V型的点动受力较大的S型的面动受力(S型膜片相比V型膜片受力变形时有更多力的作用点)，从而使整个膜片受力均匀，减少了应力金钟的现象，大大提高了波纹管的弹性性能。
在波纹管组成的弹性密封系统，经常在承受较多循环次数的变动载荷和较大位移条件下工作，金属波纹管的疲劳失效将使系统失效，因此保证波纹管的使用寿命具有重要意义。传统的寿命主要是利用EJMA标准中的经验公式进行估算的方法来获取。这种计算方法偏差很大，而且复杂工况下寿命往往只能靠安全系数来修正，不能很好地满足工程应用的需要，因此，需要找到一种更先进的寿命分析方法来进行金属波纹管疲劳寿命分析。文中主要针对S型金属波纹管的疲劳寿命分析来进行研究。
根据应力分析计算结果，应力极值位于波纹管膜片的焊接处，该部位应是疲劳寿命的控制部位。采用ANSYS的FatigueTool进行疲劳分析，疲劳寿命，最小寿命也位于波纹管膜片的焊接处，与最大应力位置相对应。金属波纹管试验验证寿命为29500~31000次，在焊接处出现了裂纹，而波纹管的其他位置未发生损坏。
金属波纹管疲劳寿命软件分析的结果与试验验证对比，误差在10%~15%之间，且薄弱位置与试验验证一致，精度大大高于经验公式的计算结果。通过有限元来进行波纹管疲劳分析能够提供零部件表面的疲劳，可以在设计阶段判断零部件的疲劳寿命薄弱位置，通过修改设计，可以避免不合理的寿命分布。因此，有限元分析方法能够减少试验样件的数量，缩短产品的开发周期，提高波纹管的设计水平，确保金属波纹管的设计寿命。
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