金屬波紋管設計的數值模擬方法

　　金屬波紋管設計采用數值模擬技術能克服工程近似計算公式存在的不足。目前有限元軟件分析，不僅能分析復雜結構的靜力問題，而且可以解熱—結構耦合、機械—流體耦合等多物理場問題；不僅可以分析線性彈性問題，同時也能解結構、材料的非線性問題。采用三維有限元軟件，可以按照波紋管實際結構形狀，建立有限元實體模型，避免了模型誤差。通過有限元求解，可以了解應力和變形的詳細分布情況，為金屬波紋管分析設計提供應力分析依據。

　　針對金屬波紋管結構和載荷特點，采用數值模擬方法進行應力分析過程需要注意以下幾點：

　　1）模型

　　有限元模型可以采用二維或三維模型。如果波紋結構、邊界條件和載荷完全對稱，為了節約計算資源，可以采用二維有限元模型。三維模型比較直觀，但建立的模型較大，對計算機硬件要求較高。采用三維有限元模型時，也可根據結構對稱性，選取1/2或1/4實體結構建模計算。

　　模型建立還應考慮腐蝕裕量的影響。在金屬波紋管剛投入使用時，其厚度包括腐蝕裕量，在使用壽命后期，其厚度不包括腐蝕裕量。壁厚的變化會影響金屬波紋管的剛度、承壓能力、疲勞壽命和穩定性，因此，需建立包括腐蝕裕量和不包括腐蝕裕量的兩種模型同時進行計算。

　　2）載荷

　　金屬波紋管受到的載荷可以分為兩大類：壓力載荷和位移載荷。其中壓力載荷分為內壓和外壓；位移載荷可分為壓力引起的位移和熱脹冷縮引起的位移，這兩種位移載荷可能同時作用，也可能只是其中之一作用。

　　3）應力分類和評定

　　金屬波紋管有限元應力分析結果，應根據載荷性質和分布特性分為一次應力、二次應力和峰值應力，并采用不同的許用值加以限定。

　　在環殼、環板和直邊圓筒遠離結構不連續處，由壓力載荷產生的薄膜應力屬于一次總體薄膜應力，壓力載荷產生的彎曲應力屬于二次應力，溫差導致的位移載荷產生的薄膜和彎曲應力屬于二次應力。