波纹管非轴对称载荷下的非线性有限元分析

本文主要探讨了波纹管在受到非轴对称载荷作用时的非线性计算问题，发表于1991年的清华大学学报(自然科学版)。研究基于小应变和中等转角的假设，采用了有限元方法进行分析。作者朱益民、任文敏和张维针对这种特殊的管件结构，使用了三节点曲边壳元模型，该模型允许位移和转角在总体坐标系下独立插值，以实现非线性问题的求解。非线性迭代过程采用了牛顿迭代法，且外部载荷按照比例逐步增加。 波纹管的特殊性在于其角向和横向位移通常有一个对称面，这影响了位移和应力的周向展开方式，作者为此设计了一种特殊的方法。研究的焦点在于解决波纹管在工业中广泛应用于石油、化工、冶金和仪表等领域时，特别是在需要高可靠性的场景如核工业管道系统中，常规的线性分析不足以准确预测其力学性能，非线性分析显得尤为重要。 研究者对比了现有文献，如钱伟长和徐志翘的工作，他们通过解析解与摄动解结合的方法处理U型波纹臂的大挠度问题，而安德烈娃则利用牛顿法与差分法进行研究。然而，对于非轴对称载荷作用下的波纹管非线性分析，这篇论文是填补空白的研究成果。 论文中的核心内容包括非线性应力应变分析的基本公式，以及对单层波纹管在工业应用中承受大变形时的力学特性的深入描述。通过编写并验证的程序，作者能够得到与理论结果相符合的结果，证明了程序的正确性和实用性。这项工作得到了国家核安全局的资助，且论文是在1990年8月18日收到的。 本文为波纹管在非轴对称载荷下的非线性行为提供了重要的数值分析方法，对于优化设计和提高管道系统的安全性具有实际意义。