機械密封焊接金屬波紋管膜片結(jié)構(gòu)的有限元分析

1、Ξ機械密封焊接金屬波紋管膜片結(jié)構(gòu)的有限元分析哈力旦木沙買買提依明艾尼(新疆大學(xué)機械工程學(xué)院新疆烏魯木齊830008)摘要:在Linux操作平臺下應(yīng)用FAST_wmg有限元前后處理軟件對機械密封焊接金屬波紋管膜片建立了有限元模型并進(jìn)行了非線性有限元分析.在同等條件下對焊接金屬波紋管采用了S型膜片和V型膜片并分別進(jìn)行了有限元強度評價和對比分析.結(jié)果表明兩種膜片最大應(yīng)力集中都在膜片兩端周圍發(fā)生.這與文獻(xiàn)所敘述的波紋管的主要失效發(fā)生在膜片兩端與

2、焊谷接近的部位非常吻合但是在同樣邊界條件下在同樣位移量時S型膜片最大應(yīng)力值比V型膜片最大應(yīng)力值小壓縮量大.關(guān)鍵詞:機械密封金屬波紋管膜片強度評價應(yīng)力集中有限元分析中圖分類號:TG457.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:100022839(2007)0420490205FEMAnalysisofMetalWeldedBellowWaveofMechanicalSealHalidanMushaMamaitimingAini(CollegeofMe

3、chanicalEngineeringXinjiangUniversityUrumqiXinjiang830008China)Abstract:ThemetalweldedwavewereanalyzedwithFEMmethod.FAST_wmgwasusedforpreproprocessesSTAN8usedfornonlinearFEManalysis.Thesameboundaryconditionsweregivenfort

4、wotypesofwave.Wegottheresultsthatthestressmainlyconcentratedontheweldedarea.Itisinterestingthatthevalueofthestressesofthetwotypesofwavebasicallysamehoweverthecompressibilityofthetwotypesofwavewereverydifferentatthesameco

5、mputationstage.ThecompressibilityofSshapewavewashigherthanVshape.Keywds:MechanicalsealBellowWaveFEManalyzingiBone前言1波紋管是一種帶橫向波紋的圓柱形薄壁彈住殼體是機械密封焊接金屬波紋管的關(guān)鍵零件焊接金屬型機械密封由動環(huán)靜環(huán)波紋管彈簧輔助密封圈波紋管座止轉(zhuǎn)螺釘所組成如圖1所示.圖1焊接金屬波紋管機械密封基本結(jié)構(gòu)Ξ收稿日期:20

6、06212205作者簡介:哈力旦木沙(19732)女(維吾爾族)講師碩士.492新疆大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2007年有限元分析有限元方法的基本思想是將結(jié)構(gòu)離散化用有限個容易分析的單元來表示復(fù)雜的對象單元之間通過有限個節(jié)點相互連接然后根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件綜合求解.由于單元的數(shù)目是有限的節(jié)點的數(shù)目也是有限的所以稱為有限元法.這種方法靈活性很大只要改變單元的數(shù)目就可以使解的精確度改變得到與真實情況無限接近的解.有限元方法的基本理論要用到數(shù)學(xué)、力學(xué)

7、方面的各種知識.對于一個應(yīng)用工程師來說他的目的是應(yīng)用有限元方法去求解各種工程問題目前市場上各種功能強大的有限元程序包很多商業(yè)化的軟件也比較齊全如像前面所提到的NASRTAN、ProEng、I2Deasd等等這些程序包使用方便也不需要對有限元法進(jìn)行很深入的了解即可應(yīng)用這些程序求解工程問題.因此對于一般的工程技術(shù)人員來說只需要花很少的時間了解一些有限元的基本知識即可不需要對它的理論背景作更深入的研究.在有限元分析和優(yōu)化過程中、無論是用何種程

8、序包或軟件其分析過程如圖4所示流程圖進(jìn)行.2圖4有限元分析流程圖本文對焊接金屬波紋管的膜片主要用FAST和STAN8.C進(jìn)行有限元計算.FAST(FEMAnalysisSupportTool)是由東京理科大學(xué)斷裂力學(xué)研究室與新疆大學(xué)機械工程學(xué)院ECM(計算與力學(xué))研究所共同研制開發(fā)的有限元前后處理分析軟件.Stan8.c是主處理程序.波紋管膜片有限元建模與分析波紋管是由幾組波紋膜片焊接而成的一組波紋膜片是由兩個不同波距和波深的膜片焊接而

9、成.由于波紋管是軸對稱因此可以取它的四分之一作為研究對象.波紋管的主要失效形式是膜片在焊谷周圍撕裂.由于波紋管受軸向壓縮力也受扭矩因此膜片上的危險點是平面應(yīng)力狀態(tài)即主應(yīng)力切應(yīng)力都存在因此只要研究膜片橫截面上各點的應(yīng)力狀況以橫截面無限伸長就可以得到整個波紋管膜片應(yīng)力狀況.用FAST有限元分析軟件建立了兩種波形的有限元模型如圖5.根據(jù)焊接金屬波紋管型機械密封的工作原理3及膜片的受力分析給定邊界條件.假設(shè)載荷均勻分布載荷為:1Nmm總長度7.