U形波纹管疲劳寿命研究.pdf

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1、2011年第30卷第2期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)17U形波纹管疲劳寿命研究田坤，竺长安(1．中国科学技术大学精密机械与精密仪器系，安徽合肥230027；2．安徽地区军代表室。安徽合肥230035)摘要：疲劳寿命是U形波纹管的重要指标。利用传统公式和MSCFatigue软件对波纹管的应力和寿命进行了计算。经试验验证和分析，认为利用MSCFatigue软件进行疲劳寿命的方法是可行的，为波纹管的寿命分析提供了新的研究途径。关键词：U形波纹管；疲劳寿命；应力中图分类

2、号：TH703．2文献标识码：A文章编号：1000-9787(2011)02-0017--03Study0nfatiguelife0fU．shapedsinuflotubeTIANKunl1．ZHUChang—an(1．DepartmentofPrecisionMachineryandPrecisionInstrument，UniversityofScienceandTechnologyofChina，Hefei230027，China；2．MilitaryRepresentativeOfficeinAnhuiProvin

3、ce．Hefei230o35，China)Abstract：ThefatiguelifeisanimportantindexofU—shapedsinuflotube．TraditionalformulaandMSCFatiguesoftwareareusedtocalculatestressandfatiguelife．Throughtestsandanalysis，themethodwhichusesMSCFatiguesoftwaretocalculatefatiguelifeisverifiedtobereliab

4、le．ItprovidesanewpathforresearchonU—shapedsinuflotube’Sfatiguelife．Keywords：U—shapedsinuflotube；fatiguelife；strain0引言：．U型波纹管是一种外表面呈波纹形状的薄壁元件，一在两端由内压引起的径向薄膜应力般由铜合金和奥氏体不锈钢加工制成，是航空、航天、化工、D船舶、核工程及各种仪器仪表、调节附件中重要的基础元cr3‘件。在外载荷作用下产生相应的位移，可作为密封元件、介在两端由内压引起的径向弯曲应力质隔离元件、连接元

5、件和温度补偿元件等使用。金属波纹一×．管的疲劳失效将使系统失效，因此，保证波纹管的使用寿命具有重要意义⋯。在交变应力下，通常认为疲劳断裂前位移引起的径向薄膜应力的循环次数大于lO次为高周疲劳，一般用Js一Ⅳ曲线法来Ee5‘计算。本文研究的航空用u形波纹管，要求疲劳寿命lO位移引起的径向弯曲应力次以上，属于高周疲劳。5Es‘1基于梁模型的波纹管应力计算将波峰波谷分别视为两端固定的直梁J，如图1所示。美国膨胀节制造商手册协会(EJMA)提供的应力计算设，B两点的距离为h，即波高，波纹管壁厚为艿，材料弹性公式3=ph／(26)，

6、(1)模量为E，受到均匀分布载荷作用，由材料力学知识可知，or4=ph。CJ(26)，(2)最大弯矩～在A，曰两点，即5=Eeo~／(2Csh。)，(3)R==，6=5Ee6／(3Cdh)．(4)收稿日期：2O1O_o5-24l8传感器与微系统第3O卷该公式也是基于梁模型的计算，考虑了波纹管的形状以材料或零件的应力为基础，用雨流循环计数法和的影响，其中，，c，，C为波形参数，根据设计结构可从Palmgren—Miner线性累积损伤理论，进行全寿命分析。幂函EJMA查出相应数值。数表达式的5一Ⅳ曲线为NS=G，(10)式中m

7、，c为与材料、加载方式等有关的参数。当N=1时，材料或构件所受的应力达到屈服极限S，发生屈服或凡t者破坏。由于5一Ⅳ曲线用于高周疲劳分析计算，通常取N=10。时，有图1梁模型S1o3=0．9S．Fig1Beammodel2波纹管寿命计算的经验公式令N=10，材料的疲劳极限Sl07=kS．2．1EJMA经验公式疲劳寿命计算EJMA给出的疲劳寿命公式为由S一Ⅳ曲线方程可得N=[12800／(-372)r，(5)C一(0．9S)×10。=(kS)×10．=O．7(or3+)+5+6．(6)解得4此方法适合疲劳寿命在10。～1O的

8、奥氏体不锈钢。‘g—2．2Kellogg法美国KelloggMW公司根据试验统计并取安全系数为对于拉压循环载荷，k值。取0．35，可得m=9．75。11，得出疲劳寿命公式为航空用U形波纹管所承受的载荷为非对称循环载荷，Ⅳ=[1125／(盯3+4+5+6)]。．(7)可以用Goodman曲线进行修正由公式