Детальная информация

Цель работы: разработка эквивалентной математической модели сильфонного компенсатора, обеспечивающей высокую скорость расчёта при сохранении достаточной точности. Методы исследования: конечно-элементное моделирование в среде ANSYS Workbench (статический анализ), метод наименьших квадратов для калибровки эквивалентной модели. Результаты: построена подробная трёхмерная конечно-элементная модель сильфонного компенсатора с сеткой, обеспечивающей погрешность не более 0,5%. На основе данных калибровки для комбинаций числа слоёв (3–5) и толщины слоя (0,5–1,0 мм) получены квадратичные аналитические формулы для выбранных параметров эквивалентной модели сильфонного компенсатора. Верификация на независимых данных (перемещение 2 мм) показала среднюю погрешность 9%, максимальную 15%, что удовлетворяет требуемой точности получения результатов. Время расчёта сокращено с 34 минут до 15 секунд, ускорение – 136 раз. Выводы: разработана эквивалентная модель сильфонного компенсатора, предложенная модель может быть рекомендована при инженерных расчетах для быстрой оценки жёсткости сильфонных компенсаторов.

Purpose of the work: development and verification of an equivalent mathematical model of a bellows expansion joint, providing high calculation speed while maintaining sufficient accuracy. Methods: finite element modelling in ANSYS Workbench environment (static analysis), least squares method for equivalent model calibration. Results: a detailed three-dimensional finite element model of a bellows expansion joint with a mesh providing an error of no more than 0.5% was constructed. Based on calibration data for combinations of the number of layers (3–5) and layer thickness (0.5–1.0 mm), quadratic analytical formulas for the equivalent Youngs modulus and equivalent thickness of a single-layer shell were obtained. Verification on independent data (displacement of 2 mm) showed an average error of 9% and a maximum error of 15%. Calculation time was reduced from 34 minutes to 15–20 seconds, a speedup of 136 times. Conclusions: the developed equivalent model has confirmed its performance and can be recommended for fast stiffness evaluation of bellows expansion joints.

• ВВЕДЕНИЕ
• ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО СИЛЬФОННЫМ КОМПЕНСАТОРАМ
• 1.1. Назначение и конструктивные особенности сильфонных компенсаторов
• 1.2. Факторы, влияющие на напряжённо-деформированное состояние сильфонных компенсаторов
• 1.3. Анализ существующих математических моделей сильфонных компенсаторов
  • Конечно-элементные модели в ANSYS
• 1.4. Метод конечных элементов и его применение в ANSYS
• ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ПОДРОБНОЙ И ЭКВИВАЛЕНТНОЙ МОДЕЛЕЙ
• 2.1. Постановка задачи моделирования
• 2.2. Построение подробной (эталонной) модели сильфонного компенсатора
• 2.3. Конечно-элементная сетка и исследование сходимости
• 2.4. Разработка упрощённой (эквивалентной) модели сильфонного компенсатора
• 2.5. Выводы по главе 2
• ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ КАЛИБРОВКИ И ВЕРИФИКАЦИЯ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ МОДЕЛИ
• 3.1. Эталонные значения усилий и моментов для многослойной модели
• 3.2. Калибровка параметров эквивалентной модели и анализ погрешности
• 3.3 Методика применения эквивалентной модели
• 3.4. Верификация эквивалентной модели
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ