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1、波紋管熱-應力藕合分析
由于疲勞分析是以應力分析為基礎的，所以首先對波紋管進行熱一應力藕合分析，即步先對波紋管進行熱分析，接下來將熱分析所得的溫度場作為體載荷施加在節(jié)點上，對波紋管進行應力分析。這樣較全面地考慮了軸向力和流體溫度對波紋管壽命的響。
波紋管是軸對稱結構，其所受載荷和溫度也是軸向對稱的，因此為減少計算機運行成本，采用平面模型進行分析，波紋管幾何參數見表1，材料屬性見表2。邊界條件為水蒸氣對流系數，取1300W/(m2·℃)，水蒸氣溫度取300℃。
將ANSYS求解方式設為非線性瞬態(tài)動力學分析，選用軸對稱殼單元She1151，定義單元實常數、材料屬性和邊界條件，進行智能網格劃分。
運用Load菜單尋找步熱分析中生成的rth文件，讀取節(jié)點溫度分布數據，作為體載荷施加在節(jié)點上。
根據瞬態(tài)動力分析的外載荷施加要求，設定初始條件，在波紋管軸向方向施加如圖3所示的時間載荷，圖中LS代表載荷步，如LSl表示步載荷施加過程，其余以此類推。將每一載荷步及其加載控制選項存為一個文件，然后點取從文件求解菜單進行運算分析。
圖4為介質溫度300℃、時間在2s時的波紋管節(jié)點等效應力圖。
從時間后處理器中定義新時間變量，然后繪圖顯示節(jié)點1105,1283的應力一時間關系如圖5、圖6所示，此關系圖上的應力值是按第三強度理論計算獲得的值。
2、疲勞分析
從節(jié)點等效應力圖4上可看到，波谷和波峰的應力變形大，因此破損會從這兩個位置開始。所以本文首先選取這兩處的一個節(jié)點進行疲勞分析，即選取波紋管中間波峰上一個節(jié)點Node1105和波谷上一個節(jié)點Node2461。此外為了全面了解波紋管的性能，本文還選取了波峰與波谷之間的一個節(jié)點Nodel283進行疲勞分析。
根據圖1波紋管材料疲勞曲線圖，定義材料疲勞屬性，定義節(jié)點數為3、事件數為3、每一事件的載荷步為10。節(jié)點1105疲勞分析為事件1，節(jié)點1283為事件2，節(jié)點2461為事件3，取1~lOs中的整數秒時間的載荷為10個載荷步。由于殼單元She1151的節(jié)點應力并不能直接在結果文件輸出，所以采用手工輸入節(jié)點不同的載荷步的應力。將載荷循環(huán)次數設為10 000，運算求解，將結果進行整理歸納，得到表3.
從表3可得出，由于波紋管的特殊結構，波紋管在波谷、波峰與兩者之間部位的使用壽命存在較大的差別。在波峰、波谷處以剪切變形為主，彎曲變形為輔，在波峰與波谷之間以彎曲變形為主，剪切變形為輔，并且從應力圖4可看出，波峰、波谷的應力比其他位置的應力大得多。所以波紋管疲勞分析的難點在于選擇合適的模型以及對應的單元類型來模擬這些特點。這些在以往的數值公式中都無法準確考慮。
3、結果分析
圖7所示為自制波紋管疲勞壽命實驗裝置原理圖，采用水壓加壓方式模擬蒸氣閥門工作狀態(tài)，活塞每分鐘往返2次，經過52.3h波紋管破損?？傃h(huán)次數為6276次，與計算機分析Node1105結果非常接近。兩者差距是由于實驗時連續(xù)進行所帶來的高溫引起材料的硬化和蠕變產生的。因此計算機計算結果較接近實際應用。
