波纹补偿器是一种挠性、薄壁、有横向波纹的具有伸缩功能的器件，由波纹管、法兰盘、接管、导流筒等构件组成。波纹管补偿器的工作原理主要是利用自身的弹性伸缩功能，使管道补偿由于温度和机械振动而导致的轴向、径向以及组合位移，补偿的作用具有耐压、耐温度、减振降噪的功能，起到降低管道变形和提高管道使用寿命的作用。不锈钢波纹管是波纹补偿器的主要组成元件，依靠波纹管伸缩、弯曲来对管道进行轴向、径向以及组合补偿。使其可以起到：1）补偿管道轴向、径向、角向的热变形；2）吸收设备振动，降低振动对管道的影响；3）吸收地震等自然现象对管道的影响变形量。
      常见的补偿器有3种：1）大拉杆补偿器，可以满足轴向补偿；2）平面铰链补偿器，可以满足镜像补偿；3）万向铰链补偿器，既可满足轴向补偿，也可满足径向补偿。本文仅对平面铰链补偿器进行有限元分析，为波纹管补偿器的结构优化，性能提升提供技术支持。
      （1）三维模型的建立。根据图纸，建立平面铰链补偿器的三维模型，然后导入到 ANSYS中进行有限元分析。（2）有限元模型的建立。由于平面铰链补偿器为对称结构，故采用模型的1/2建立有限元模型，整体采用SOLID187单元，接触部分采用CONTA174，TARGE170单元。在接管内壁以及两端施加法向压力以模拟实际工作环境，大小为3.1MPa，在铰链处添加接触对。
      由各节点总位移分布图可知，最大位移发生在立板底部且靠近对侧处，铰链板处应力也较大。在轴向方向上，离中心越远应力越小；在径向方向上，离马鞍板越远应力越大。从顶部至尾部分别取代表性节点163、121、053（法兰盘中间节点），3627、117916（接管中间节点），27369、103824（马鞍板中间节点），64721（销孔中间节点）。由这7个节点绘制出节点-位移变化曲线。由图可知，位移变化整体成对称分布。在马鞍板处位移最小，为0mm；在铰链及立板底端处最大，为2.3mm。
      由补偿器铰链连接处应力分布图可知，最大应力出现在销轴孔且靠近对侧处，最大Mises应力为129MPa，小于材料的屈服强度，补偿器未发生塑性形变，符合要求；最小应力位于马鞍板处，最小Mises应力0.18MPs所以，铰链应力分布范围大约在0.18~129MPa之间。由上述节点处的应力分布图可知，两端应力变化不大，应力主要集中在销轴孔处。
      建立了平面铰链补偿器的三维模型，利用有限元的方法，分析了在规定工作压强下的变形及应力情况。结果表明，马鞍板处变形较小，销轴连接板及立板底部靠外侧部分变形较大；应力分部也主要集中在铰链处，马鞍板处应力较小。根据分析结果，实际制造时可在铰链处加厚，如增加铰链板厚度；在销轴孔直径不变的前提下增加孔中心与铰链板的距离，以提高安全系数，避免危险发生；其余部分无需加厚，从而降低制造成本。

                                                                                专业从事机械产品设计│有限元分析│CAE分析│结构优化│技术服务与解决方案
                                                                                                                                                      杭州那泰科技有限公司
                                                                              本文出自杭州那泰科技有限公司www.nataid.com，转载请注明出处和相关链接！