膨胀节 - CAESAR II - 帮助

CAESAR II 用户指南

Language
中文 (大陆)
Product
CAESAR II
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帮助
CAESAR II Version
12

检查单元的膨胀节复选框,以确保该单元可进行膨胀节的定义。膨胀节可以模拟成与其柔性长度相等的一个单元,或模拟成膨胀节中点处的一个零长度单元。若管道单元表格中的坐标增量值不填或输为零,则膨胀节元件长度为零。

若指定了膨胀节的长度,CAESAR II 将膨胀节模拟为梁单元,并使用该单元的输入长度和指定的膨胀节刚度。

四个刚度值定义了膨胀节:

  • 轴向

  • 横向

  • 扭转

  • 弯曲

刚度示例

有限长度膨胀节的定义

对于指定了柔性长度的膨胀节,弯曲刚度是依据输入的柔性长度和膨胀节的横向刚度来确定的。有些膨胀节样本给出的是弯曲柔性,而不是 CAESAR II 所需的弯曲刚度。对于模拟成通过两个刚性件单元在膨胀节中点铰接(零长度膨胀节)的膨胀节,该弯曲柔性是适用的,但对于柔性梁单元则是错误的。为了解决这种歧义,CAESAR II 按照输入的膨胀节长度和横向刚度计算和应用弯曲刚度。当采用零长度膨胀节模型或对于不遵循梁弯曲定义的橡胶膨胀节,建议用户仅输入厂商样本的弯曲值。

通常,膨胀节制造商不提供扭转刚度数据。如果制造商不提供该值,则可输入很大的扭转刚度值,以确认不会对波纹产生过度的荷载。当管道系统刚度较大,直径较大时,扭转刚度的大小将极大地影响膨胀节承载的扭转荷载的大小。例如,刚度 100,000 in.lb./deg.和 1E12 in.lb./deg. 能产生差别很大的扭转载荷结果。保守地说,趋向于使用更大的刚度,除非扭转刚度值已可能接近 100,000 in.lb./deg.。如果较大的扭转刚度值有重要作用时,可以向制造商获取刚度估计值,也可以用下式估算。采用该公式可以保守地估算波纹管和相邻设备的扭转荷载。

式中

p = 3.14159

Re = 膨胀节有效半径

t = 波纹管厚度

E = 弹性模量

n = 泊松比

L = 柔性波纹管长度

膨胀节长度为零时,由于膨胀节的所有刚度间均无关联。因此用户必须输入所有的刚度值。

计算压力推力

如果在膨胀节辅助对话框中输入波纹的有效 ID,则 CAESAR II 将计算膨胀节的压力推力。如果没有指定有效 ID,则不会进行内压推力计算。

内压推力的数学模型为:在定义膨胀节的两个节点处施加内压推力,该力等于压力乘以膨胀节波纹管的有效面积。如果压力为正,则该力拉伸波纹管,如果压力为负,则压缩波纹管。

该模型不能准确定位膨胀节附近的承压部件。但大多数情况下,这种不正确的荷载施加不影响结果。

实际情况下压力推力由两部分荷载组成,并非模型中应用的一个力。第一个部分荷载等于压力乘以管道内截面面积,该力作用于膨胀节任一端的第一个管道走向改变处。该荷载将使得管道走向改变处与膨胀节之间的管壁拉伸。第二部分荷载等于压力乘以波纹有效面积与管内面积的差值。该力作用于膨胀节端面,使得波纹拉伸,且使得膨胀节与管道走向改变处之间的管子压缩。

在数学模型中,整个压力推力均施加于波纹端面,而没有将部分推力施加于膨胀节任一端的管道走向改变处。