波紋管失穩(wěn)的有限元計算

　　波紋管在內(nèi)壓作用下失穩(wěn)是常見的失效現(xiàn)象，美國膨脹節(jié)制造商協(xié)會標準，將波紋管的失穩(wěn)分為柱失穩(wěn)和平面失穩(wěn)兩種形式，并給出了設(shè)計內(nèi)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(jù)出自認為假設(shè)，屬于經(jīng)驗公式，這種人為設(shè)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(wěn)分析方法，即特征值屈曲分析和非線性屈曲分析，上節(jié)兩個失穩(wěn)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(xiàn)塑性變形的結(jié)構(gòu)，由于波紋管的柱失穩(wěn)和平面失穩(wěn)都可能在塑性狀態(tài)下發(fā)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(jié)算例假設(shè)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(shè)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(guī)整，造成失穩(wěn)的內(nèi)壓用弧長法計算。
　　4.1柱失穩(wěn)
　　波紋管幾何參數(shù)：內(nèi)徑150mm，波高25mm，波距25mm，壁厚0.5mm，10個波。用公式計算的內(nèi)壓為0.17MPa（已加系數(shù)）。
　　4.2平面失穩(wěn)
　　波紋管參數(shù)：內(nèi)徑300mm，波高30mm，波距30mm，壁厚0.8mm，4個波。用公式計算的內(nèi)壓為0.63MPa（已加系數(shù)）。
　　4.3小結(jié)
　　用非線性屈曲分析既可以得出柱失穩(wěn)又可以得出平面失穩(wěn)，從側(cè)面說明這兩種失穩(wěn)機理相同，波紋管發(fā)生何種失穩(wěn)因波紋參數(shù)而定（主要是波數(shù)）。