波紋管失穩的有限元計算

　　波紋管在內壓作用下失穩是常見的失效現象，美國膨脹節制造商協會標準，將波紋管的失穩分為柱失穩和平面失穩兩種形式，并給出了設計內壓的計算公式，與標準中應力計算公式由殼體彈性理論的解導出不同，這兩個公式的依據出自認為假設，屬于經驗公式，這種人為設想的失效機理是否合理，公式的誤差范圍有多大還需研究。
　　有限元軟件一般提供兩種失穩分析方法，即特征值屈曲分析和非線性屈曲分析，上節兩個失穩實例是用特征值分析計算的，特征值法是彈性分析，不能用于出現塑性變形的結構，由于波紋管的柱失穩和平面失穩都可能在塑性狀態下發生，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。本節算例假設材料的彈性模量為2x10MPa，屈服應力為230MPa，有限元軟件為ANSYS，采用Shell 51殼單元，進行非線性屈曲分析需要給波紋管設置初始，使其成為非軸對稱體，初始可以是波紋局部材料不均勻或形狀不規整，造成失穩的內壓用弧長法計算。
　　4.1柱失穩
　　波紋管幾何參數：內徑150mm，波高25mm，波距25mm，壁厚0.5mm，10個波。用公式計算的內壓為0.17MPa（已加系數）。
　　4.2平面失穩
　　波紋管參數：內徑300mm，波高30mm，波距30mm，壁厚0.8mm，4個波。用公式計算的內壓為0.63MPa（已加系數）。
　　4.3小結
　　用非線性屈曲分析既可以得出柱失穩又可以得出平面失穩，從側面說明這兩種失穩機理相同，波紋管發生何種失穩因波紋參數而定（主要是波數）。