金屬波紋管疲勞壽命試驗
金屬波紋管的疲勞壽命試驗有2種基本的載荷條件:工作壓力載荷和循環(huán)位移載荷。工作壓力載荷是指金屬波紋管在公稱壓力條件下進行試驗,循環(huán)位移載荷則是要求達到金屬波紋管的公稱位移量。循環(huán)位移載荷在試驗過程中很容易實現(xiàn),而工作壓力載荷試驗具有一定的難度,因為在試驗過程中需要應(yīng)用液體介質(zhì),隨著金屬波紋管的壓縮、拉伸,其容積在不斷變化,由于液體體積的不可壓縮性,隨著體積變化,其壓力將發(fā)生較大的變化,達不到準(zhǔn)確試驗的目的,因此需要一穩(wěn)定的壓力系統(tǒng),以保證波紋管內(nèi)或外的壓力在試驗過程中保持平衡穩(wěn)定,保證試驗壓力的波動不超過規(guī)定值。
為了解決此問題,應(yīng)用了穩(wěn)壓壓力系統(tǒng),見圖1。試驗時,首先把波紋管置于高壓缸上,讓上夾頭與波紋管的一端接觸,高壓缸通穩(wěn)壓壓力系統(tǒng),通過穩(wěn)壓壓力系統(tǒng)來實現(xiàn)壓力的穩(wěn)定。另外,作動器、橫梁和傳感器等由另外單獨一套的控制系統(tǒng)進行控制,并在試驗過程中由計算機控制系統(tǒng)對試驗過程進行全程控制和記錄,直至波紋管破裂泄漏。應(yīng)用上述方法和試驗裝置,可以準(zhǔn)確進行20MPa,軸向位移100 mm的壓力、位移條件下的疲勞壽命試驗。
圖1 穩(wěn)壓壓力系統(tǒng)
用MSC. Fatigue疲勞分析軟件對金屬波紋管的疲勞壽命和試驗結(jié)果進行對比,以驗證軟件分析設(shè)計的準(zhǔn)確程度,以下是兩組軟件分析設(shè)計與試驗結(jié)果的對比。
(1)工況為外壓10MPa,行程24mm. 考慮滯回環(huán),疲勞壽命為1720次。試驗結(jié)果1(試件編號1)為1 870次;試驗結(jié)果2(試件編號2)為1610次;試驗結(jié)果3 (試件編號3)為2 390次;軟件分析與試驗結(jié)果平均值對比為118%。
(2)工況為外壓614MPa,行程510mm. 考慮滯回環(huán),疲勞壽命為17900次。試驗結(jié)果1 (試件編號1)為26 330次;試驗結(jié)果2 (試件編號2)為15728次;試驗結(jié)果3(試件編號3)為21 696次;軟件分析與試驗結(jié)果平均值對比為8412%。
圖2是工況為外壓10MPa,行程24 mm情況的分析結(jié)果。
圖3是工況為外壓614MPa,行程510 mm情況的分析結(jié)果。
通過金屬波紋管疲勞壽命試驗,并通過以上兩種試驗與軟件分析的對比,驗證了波紋管波谷處出現(xiàn)了裂紋,其他位置未發(fā)生損壞。另外,通過對比不斷改進和提高軟件分析的準(zhǔn)確度,提高金屬波紋管的設(shè)計、制造水平,縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。
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