本发明专利技术公开了一种波纹管结构优化设计方法及设计装置；波纹管结构优化设计方法包括基于标准失稳极限参数设计并建立基础波纹管模型；基于所述基础波纹管模型建立包含水锤效应的波纹管流固耦合模型；对所述波纹管流固耦合模型进行水锤效应模拟并进行流固耦合计算，得到波纹管流固耦合模型的实际失稳数据；基于所述实际失稳数据和所述标准失稳参数计算得到所述波纹管流固耦合模型的实际失稳参数的函数表达式；基于所述波纹管流固耦合模型的实际失稳参数的函数表达式优化波纹管的结构设计。通过包含符合国标的基础设计的条件下将水锤效应模拟到波纹管结构设计中来，优化波纹管结构设计。构设计。构设计。
【技术实现步骤摘要】
波纹管结构优化设计方法及设计装置
[0001]本专利技术涉及结构设计
，特别是涉及一种波纹管优化设计方法及设计装置。
技术介绍
[0002]波纹管是一种广泛应用于原子能、航空航天和石化工业的柔性连接部件，常用作特殊液体或气体的保护装置；流体对管壁有压力作用，而波纹管正是缓冲流体冲击的弹性补偿元件，特别是在阀门快速开启或关闭时，由于流体惯性的原因，常会对波纹管产生较大的瞬间应力作用，即“水锤效应”，“水锤效应”的冲击力能够达到正常流体压强的数倍甚至数十倍，是造成波纹管疲劳破坏和阀门失效的主要原因。
[0003]但是，目前对于波纹管的结构设计通常是依据相关国家标准规定的波纹管性能参数进行设计，是在对波纹管稳定的拉伸和压缩加载中得到的，和波纹管实际服役状态存在较大差异，而实际上波纹管所受的应力状态和变形是流体运动造成的，各波纹位置的载荷情况也会存在差异，现有设计方法并未考虑实际应力与载荷情况，造成波纹管结构不完善，无法满足实际服役要求。
技术实现思路
[0004]有鉴于此，本专利技术提出了一种波纹管结构优化设计方法及设计装置，以解决现有波纹管设计方法仅以相关国家标准规定的波纹管性能参数作为依据，导致波纹管结构不完善，无法满足实际服役要求的问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术主要提供了如下技术方案：第一方面，本专利技术提供了一种波纹管结构优化设计方法，该方法包括：基于标准失稳极限参数设计并建立基础波纹管模型，所述标准失稳极限参数至少包括标准波纹管单波轴向刚度、标准柱失稳极限内压、标准平面失稳和局部塑性失稳极限内压；基于所述基础波纹管模型建立包含水锤效应的波纹管流固耦合模型；对所述波纹管流固耦合模型进行水锤效应模拟并进行流固耦合计算，得到波纹管流固耦合模型的实际失稳数据，所述实际失稳数据至少包括实际柱失稳极限内压、实际平面失稳和局部塑性失稳极限内压；基于所述实际失稳数据和所述标准失稳参数计算得到所述波纹管流固耦合模型的实际失稳参数的函数表达式；基于所述波纹管流固耦合模型的实际失稳参数的函数表达式优化波纹管的结构设计。
[0006]进一步地，本实施例提供的波纹管结构优化设计方法，其中基于所述实际失稳数据和所述标准失稳参数计算得到所述波纹管流固耦合模型的实际失稳参数的函数表达式，之后还包括：
对所述波纹管流固耦合模型进行水锤效应模拟及流固耦合计算，得到所述波纹管流固耦合模型在水锤效应下的应力分布数据及应力分布云图。
[0007]进一步地，本实施例提供的波纹管结构优化设计方法，其中对所述波纹管流固耦合模型进行水锤效应模拟及流固耦合计算，得到所述波纹管流固耦合模型在水锤效应下的应力分布数据及应力分布云图，之后还包括：基于所述应力分布数据计算得到所述波纹管流固耦合模型的疲劳寿命。
[0008]进一步地，本实施例提供的波纹管结构优化设计方法，其中基于标准失稳极限参数设计并建立基础波纹管模型，具体为根据：标准波纹管单波轴向刚度：标准波纹管柱失稳极限内压：标准平面失稳和局部塑性失稳极限内压：式中，D
m
为波纹管平均直径，m；为计温度下，制造波纹管材料的弹性模量，MPa；δ
p
为波纹管壁厚，m；n为波纹管层数；h为波纹管波高，m；C
f
为修正系数；C
θ
为基于角位移的柱失稳影响系数；N为波纹管的波纹数；q为波距，m；A
C
为单个波纹横截面的金属面积，m2；S
y
为波纹管材料的屈服极限，MPa；K
r
为周向应力系数，取值≥1；a为平面失稳影响系数，建立所述基础波纹管模型。
[0009]进一步地，本实施例提供的波纹管结构优化设计方法，其中基于标准失稳极限参数设计并建立基础波纹管模型，还包括：针对所述基础波纹管模型的几何特征以及流体性质特征建立若干对照模型；所述几何特征至少包括波数、波高、波距、波形、壁厚；
所述流体性质特征至少包括流体类型、流体流速。
[0010]进一步地，本实施例提供的波纹管结构优化设计方法，其中基于所述基础波纹管模型建立包含水锤效应的波纹管流固耦合模型，具体为：于所述基础波纹管模型内设置可旋转阀门；所述可旋转阀门被配置为间歇的周期性旋转，通过旋转阀门的快速开启或关闭使流体通过所述基础波纹管模型以形成包含水锤效应的波纹管流固耦合模型。
[0011]进一步地，本实施例提供的波纹管结构优化设计方法，其中对所述波纹管流固耦合模型进行水锤效应模拟并进行流固耦合计算，得到波纹管流固耦合模型的实际失稳数据，所述实际失稳数据至少包括实际柱失稳极限内压、实际平面失稳和局部塑性失稳极限内压，具体为：计算波纹管流固耦合模型中水锤波的波速为：式中：K为流体的体积弹性模量，GPa；E为管道材质的弹性模量，GPa；ρ为流体密度，kg/m3；当阀门快速关闭或快速开启而产生水锤效应时，计算波纹管流固耦合模型内部流体流动速度差为：H1为速度水头，m；为重力加速度，m/s2；产生水锤效应时波纹管流固耦合模型内的势能变化量为：进一步得到实际柱失稳极限内压：实际平面失稳和局部塑性失稳极限内压：。
[0012]进一步地，本实施例提供的波纹管结构优化设计方法，其中基于所述波纹管流固
耦合模型的实际失稳参数的函数表达式优化波纹管的结构设计，还包括：基于所述波纹管流固耦合模型在水锤效应下的应力分布数据和所述波纹管流固耦合模型的疲劳寿命获取波纹管几何结构的优化取值，并将所述优化取值对照所述波纹管流固耦合模型的实际失稳参数的函数表达式进行验证；所述波纹管几何结构至少包括波数、波高、波距、波形、壁厚。
[0013]第二方面，本专利技术提供了一种基于前述波纹管结构优化设计方法的设计装置，该装置包括：绘制单元，所述绘制单元用于根据标准失稳极限参数绘制基础波纹管模型；建模单元，所述建模单元用于根据所述基础波纹管模型和水锤效应建立波纹管流固耦合模型；计算单元，所述计算单元用于对波纹管流固耦合模型进行水锤效应模拟并进行流固耦合计算，得到所述波纹管流固耦合模型的实际失稳参数的函数表达式。
[0014]第三方面，本专利技术提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行第一方面所述的波纹管结构优化设计方法。
[0015]第四方面，本专利技术提供了一种存储管理设备，所述存储管理设备包括：存储器，用于存储程序；处理器，耦合至所述存储器，用于运行所述程序以执行第一方面所述的波纹管结构优化设计方法。
[0016]借由上述技术方案，本专利技术第一方面提供的波纹管结构优化设计方法，通过包含符合国标的基础设计的条件下将水锤效应模拟到波纹管结构设计中来，抓住波纹管服役状态下的关键矛盾，使得波纹管结构设计更贴近实际服役状态，最终的设计产品既能够符合保准又能够满足实际使用需求，延长使用寿命降低设计与生产成本，同时相比于传统的工业试制以及经验公式，加入水锤效应模拟的优化设计能够更加的节省设计成本和设计时间，有效解决现有波纹管设计方法仅以相本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种波纹管结构优化设计方法，其特征在于，所述方法包括：基于标准失稳极限参数设计并建立基础波纹管模型，所述标准失稳极限参数至少包括标准波纹管单波轴向刚度、标准柱失稳极限内压、标准平面失稳和局部塑性失稳极限内压；基于所述基础波纹管模型建立包含水锤效应的波纹管流固耦合模型；对所述波纹管流固耦合模型进行水锤效应模拟并进行流固耦合计算，得到波纹管流固耦合模型的实际失稳数据，所述实际失稳数据至少包括实际柱失稳极限内压、实际平面失稳和局部塑性失稳极限内压；基于所述实际失稳数据和所述标准失稳参数计算得到所述波纹管流固耦合模型的实际失稳参数的函数表达式；基于所述波纹管流固耦合模型的实际失稳参数的函数表达式优化波纹管的结构设计。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述实际失稳数据和所述标准失稳参数计算得到所述波纹管流固耦合模型的实际失稳参数的函数表达式，之后还包括：对所述波纹管流固耦合模型进行水锤效应模拟及流固耦合计算，得到所述波纹管流固耦合模型在水锤效应下的应力分布数据及应力分布云图。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述波纹管流固耦合模型进行水锤效应模拟及流固耦合计算，得到所述波纹管流固耦合模型在水锤效应下的应力分布数据及应力分布云图，之后还包括：基于所述应力分布数据计算得到所述波纹管流固耦合模型的疲劳寿命。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于标准失稳极限参数设计并建立基础波纹管模型，具体为根据：标准波纹管单波轴向刚度：标准波纹管柱失稳极限内压：标准平面失稳和局部塑性失稳极限内压：式中，D
m
为波纹管平均直径，m；为计温度下，制造波纹管材料的弹性模量，MPa；δ
p
为波纹管壁厚，m；n为波纹管层数；h为波纹管波高，m；
C
f
为修正系数；C
θ
为基于角位移的柱失稳影响系数；N为波纹管的波纹数；q为波距，m；A
C
为单个波纹横截面的金属面积，m2；S
y
为波纹管材料的屈服极限，MPa；K
r
为周向应力系数，取值≥1；a为平面失稳影响系数，建立所述基础波纹管模型。5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，基于标准失稳极限参数设计并建立基础波纹管模型，还包括：针对所述基础波纹管模型的几何特征以及流体性质特征建立若干对照模型；所述几何特征至少包括波数、波高、波距、波形、壁厚；所...
【专利技术属性】
技术研发人员：李亮，邵长乐，孙丹，王涛，范承奇，王莹，于昊仟，
申请(专利权)人：沈阳晨光弗泰波纹管有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。