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金属软管的非线性分析理论-郑州久安管道

金属软管的非线性分析理论

郑州久安管道2015-05-26 20:12:001001来自:http://www.yjbcq.com

金属软管的非线性分析理论

金属软管是管道的连接和补偿装置,具有高柔性、质量轻、耐高温高压、耐腐蚀等优点,在管路中可以对任何方向进行连接和补偿,吸收振动,降低噪声等,被广泛应用于机械制造、石油化工、仪器仪表、航空航天及新型建筑等工业部门。目前,世界各工业国家的研究机构和生产厂家都非常注重对金属软管的非线性的分析,金属软管的非线性主要分为:材料非线性理论和几何非线性理论两大部分,以下为详细讲解。

一、材料非线性理论

当结构承受较小的载荷时,其变形量往往不大,根据材料的本构关系,此时的材料仍处于弹性阶段,即载荷撤去后,变形将消失。随着载荷的不断增大,材料进入了非线性阶段。特别是金属软管这样的柔性结构,当承受较大的内压或者弯曲载荷时,材料就很容易进入非线性阶段。这时为了保证计算的准确性,就需要引入相应的非线性屈服准则来计算分析结构的变形情况。Tresca和VonMises屈服准则为常用的准则。

  屈服准则认为,由三个主应力分量组成的主应力空间,主应力空间中任意一点就代表着一个应力状态,屈服面是由所有屈服应力状态下的点所形成的面,应力分量的表达:

式为其中,屈服极限用K表示,且只与材料相关。

  不同屈服准则的屈服面不同,这里以VonMises屈服准则为例,来介绍屈服面。在三维主应力空间中,屈服面形状为一个以σ1一σ2一σ3为轴的圆柱面,在二维主应力空间中,屈服面则是一个以σ1一σ2为轴的椭圆,如图2.4所示。屈服面的物理意义为:屈服面内的点所代表的应力状态处于弹性阶段,屈服面外的点所代表的应力状态则达到了塑性阶段。

二、几何非线性理论

    当物体处于大变形、大应变情况下,不能用简单的线性关系来描述位移与应变之间的对应关系,需引入非线性关系或使用大应变理论,这就称之为几何非线性。

金属软管属于柔性薄壁结构,在实际使用中需承受径向的补偿位移载荷、承受内压、弯曲载荷以及温度载荷的作用,这样导致带钢丝网套补偿器径向的变形量比较大,因此带钢丝网套补偿器结构的变形通常为大变形。

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