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S型焊接金属波纹管疲劳寿命的有限元分析 徐中华，买买提明 ·艾尼，程 伟 (新疆大学 机械工程学院，新疆 乌鲁木齐 830008) 摘 要：应用ANSYSWorkbench(AWE)软件的FatigueTool工具箱和S—N 曲线，分别用Goodman直 线模型、Gerber抛物线模型、Soderberg直线模型和 s一Ⅳ直线模型的平均应力修正法，对s型波纹 管进行疲劳寿命分析，得到波纹管在各种工况下的疲劳寿命，从而进行波纹管的优化设计。主要介 绍了波纹管寿命分析的一般思路及其力学原理。经试验验证：有限元法能够很好地模拟金属波纹 管的疲劳寿命，精度也大大高于经验公式，同时也为波纹管寿命分析开辟了新的研究途径。 关键词：s一Ⅳ曲线；平均应力修正法；金属波纹管；疲劳寿命；有限元 中图分类号：TH703．2；TQ050．2 文献标识码：A 文章编号 ：1001—4837(2009)02—0021—05 FilliteElementAnalysistoFatigueLifeoftheS—shapeBellows XU Zhong—hua，M amtiminGeni，CHENG W ei (SchoolofMechanicalEngineering，XinjiangUniversity，Urumqi830008，China) Abstract：Inthiswork，ANSYSWorkbench softwareandS—N curveareusedwiththemean stresseor。 rectionmethodoftheGoodmanlinearmode1．theGerberparabolamode1．theSoderberglinearmodeland theS—N linearmodeltoanalyzethefatiguelifeofS—shapedbellowsundervariousworkconditions，SO astoknow itsfatiug elifeexpectancyforanoptimaldesignifit．Thegeneralphilosophyofanalyzingthe expectancyandmechanicalprincipleofthemetalbellowsisalsointroduced．Throughtests，itisproved thatthefiniteelementmethodcansimulatethefatiug elifeanalysisofmetalbellowswithanamazingaceu— racy，which ismuch higherthan the calculation resultobtained through theempiricalformula，mean whileopeninganew pathofrsearchonthefatiug elifeofmetalbellows． Keywords：S—N curve；meanstresscorrectionmethod；metalbellows；fatiguelife；finiteelement 到减振的作用 。 1 前言 s型焊接金属波纹管是基于仿生拓扑优化方法 IBone(ImitationBone)对 V型波纹管进行结构优化 波纹管是一种外表面呈波纹状的薄壁管件，一 的产物 。IBone优化方法是基于骨生物力学的观 般 由不锈钢或铜合金加工制成，具有较大的轴向弹 点，应用结构拓扑优化理论来对机械零件的结构进 性，是管道的连接和补偿装置，具有工作可靠、结构 行形状优化。当力学环境改变时，骨的组织结构形 紧凑等优点，还可以降低噪声，吸收管路的振动，起 态会发生相应的变化 ，把IBone的优化方法应