波紋管的案例
基于ANSYS的波紋管波形參數對平面失穩影響的分析
摘要：為了研究波紋管波形參數對波紋管平面失穩的影響，使用ANSYS軟件建立了波紋管的有限元模型，對不同波形參數下的波紋管有限元模型進行了模態分析與特征值屈曲分析。有限元計算結果表明，增加波紋管的壁厚和波距，或者減小波高，會使波紋管的固有頻率和屈曲載荷增加，因此在波紋管設計時，在滿足綜合性能情況下，可通過在一定范圍內增加波紋管的壁厚和波距，或者減小波高的方法減少平面失穩的發生；同時模態分析求出了波紋管的固有頻率和振型，可以避免在工程作業中，因為外界振動頻率與波紋管固有頻率相同而發生共振現象，致使波紋管發生平面失穩，為工程設計提供有效參考。
關鍵詞：波紋管;ANSYS數值模擬;屈曲分析;模態分析;波形參數;平面失穩;
0 引言
波紋管膨脹節是用于管道連接和補償裝置，是一種薄壁型殼體，廣泛用于航空航天、化工、船舶等領域，它在工作時可補償由于熱脹冷縮和壓力變化帶來的位移變化，同時還可以起到降噪、減震的作用。在工作中波紋管常會因為內壓過大而產生平面失穩，平面失穩一般發生在長度與直徑之比較小的波紋管中，或者無加強型波紋管中，是指波紋所在的平面不再與波紋管的軸線保持垂直，一個或多個波紋出現傾斜或彎曲[1]。張慶等[2]提出用ANSYS有限元法對同時承受軸向、橫向和轉角位移載荷的波紋管進行內壓穩定性分析。葉陳等[3]利用 ANSYS軟件對未發生位移的波紋管平面失穩壓力進行有限元分析。陳曄等[4]用ANSYS有限元軟件對U形無加強波紋管在不同平面失穩工況下的應力響應進行了計算。張道偉等[5]對波紋管在拉伸條件下的外壓穩定性進行了試驗研究和非線性有限元分析。但由于波紋管是薄壁結構，形狀不規則，應力也分布較復雜，導致波紋管性能受波形參數影響較大，而波紋參數對平面失穩影響的研究也較少。
展開 金屬波紋管液壓成形技術及設備
金屬波紋管是一種帶有連續波紋狀異形截面的管狀零件，是波紋管類組件重要的組成部分。由于特殊的結構形式，使其在連接、密封、吸振等方面具備優于直壁管件或者金屬軟管所不具備的功能。也正是由于這種特殊的管壁形狀，對其成形技術和成形裝備提出了更多的要求。時下針對金屬波紋管的成形技術種類繁多，例如有液壓成形、機械或橡膠脹形、焊接成形、電化學成形、旋壓成形、滾壓成形、電磁成形、超塑成形、水射流漸進成形和半無模成形。結合各個技術特點，都有相對應的波紋管類型和使用范圍。本文圍繞當前工業中應用較為廣泛的金屬波紋管液壓成形技術及相關設備進行重點介紹。
金屬波紋管的應用
從1929年第一根波紋管的誕生，至今已有近百年的歷史。早期的波紋管應用在測量儀器中，作為彈性輔助原件。作為基礎元件的金屬波紋管以及其組成的部件，是現在裝備制造及工業生產系統中不可缺省的組成部分。金屬波紋管在航空航天，汽車制造，密封閥門，建筑工程以及醫療衛生等領域有著十分廣泛的應用。
國內外眾多汽車生產商將金屬波紋管作為降噪裝置，應用于車輛排氣系統中（圖1）。在汽車行業中使用的是由雙層不銹鋼板，先進的生產工藝制成的金屬波紋管，布置在發動機與排氣管組件的連接處。波紋管降噪裝置可以阻止源自發動機的振動向排氣管組件傳播，并降低排氣系統和車架的共振，以減少整車振動噪聲。
圖1 汽車排氣系統用金屬波紋管降噪裝置
閥門在現代化工工業、石化冶煉、熱力發電等生產部門有復雜的管網系統，具有舉足輕重的作用。尤其是在大口徑防泄漏的關鍵節點上需選用金屬波紋管閥門（圖2）。耐高壓、耐腐蝕的金屬波紋管組件與閥體內腔活動部件構成密封，阻止高壓流體從閥桿縫隙溢出。
展開 波紋管與線束的匹配原則
一、波紋管與導線的匹配
昨天有個網友問導線直徑大小 與波紋管直徑（內徑）是如何匹配的？大家都知道波紋管材質算是比較硬的，如果兩者直間留的間隙過小，對于閉口波紋管來說，不僅難穿管，而且使波紋管失去韌性，裝車時轉彎半徑增大，裝配困難！兩者間隙過大的話呢 ，無疑是一種浪費！那么怎么去匹配呢？一般波紋管選擇滿足約20%的余量即可，建議300mm以內長度的可以使用閉口波紋管，大于300mm盡量選擇開口的波紋管！
二、 對于波紋管的裁切裝配一般遵循以下要求：
1）波紋管不能破壞導線絕緣層；
2）必須使用工具裝配管子；
3）根據圖紙選擇正確的波紋管；
4）檢查管子切斷口須保持垂直；
5）檢查管子切斷口須在波峰上。
三、波紋管的常見安裝方法
展開 仿真APP在金屬波紋管液壓脹形工藝設計中的應用
一、背景介紹
金屬波紋管是帶有波紋狀截面的金屬管狀零件，在工業中應用廣泛。金屬波紋管特殊的截面形狀使其具備較好的柔韌性，能夠在一定范圍內伸縮彎曲。這一特性賦予波紋管兩大用途：一是作為變形補償器，可用于補償管道設備由于溫度變化、振動、膨脹等條件引起的變形，有效吸收所在系統或設備變形產生的能量，減少應力集中，防止設備受到損壞。二是作為密封器件，在密封配合時能形成穩定的密封接觸面。即使在面臨振動沖擊、溫度變化、壓力波動等復雜嚴苛的工況時，仍能保持密封面緊密貼合，有效防止介質泄露。此外，波紋狀的管壁結構使金屬波紋管相比于傳統的直壁管道有更大的表面積，這有助于提高散熱效率。因此，金屬波紋管也常被用作散熱冷卻管道。
隨著技術的不斷發展，金屬波紋管的應用場景越來越多，例如精密金屬波紋管還可作為敏感元件，在自動控制和測量儀表領域發揮關鍵作用。
圖1 不同應用場景下的金屬波紋管
波紋狀的截面形狀給金屬波紋管帶來了諸多優異的性能，但是對加工工藝的要求也變得更高。液壓脹形法是工業界常用的金屬波紋管加工工藝之一，具有高效率、高精度、低成本等優點。該工藝的原理是在金屬管道內部施加內壓，使管道徑向膨脹，在模具擠壓和內壓整體作用下，形成波紋狀結構。此過程中，管道胚料產生較大程度的塑性變形，成形后會存在殘余應力。另外，工藝中的一些關鍵參數，如內壓幅值、模具尺寸等，也會影響波紋管的最終成形質量。目前，工業界通常通過經驗或試驗來確定這些參數，成本高、周期長，且難以達到最優參數組合。
圖2 金屬波紋管液壓脹形工藝原理示意圖
仿真計算是隨計算科學發展出來的先進方法。通過仿真計算，可以在計算機中模擬液壓脹形工藝加工金屬波紋管的各個階段，分析不同工藝參數對最終產品成形質量的影響，優化結構應力狀態，加速工藝設計過程。
展開 
波紋管密封截止閥與普通密封截止閥的區別
三、波紋管密封截止閥與普通密封截止閥比較：
在工業使用中，截止閥引起的外漏：高溫、劇毒、易燃易爆、輻射性介質等等，不僅污染環境，還經常造成重大的人身和財產損失。波紋管密封截止閥采用波紋管密封的設計，完全消除了普通截止閥閥桿填料密封老化快易泄露的缺點，波紋管截止閥不但提高了使用能源效率，增加生產設備安全性，減少了維修費用及頻繁的維修保養，還提供了清潔安全的工作環境。
Gagne公司免費3D CAD工程波紋管模型下載
新的在線工具使工程師能夠以原始CAD格式配置、下載和定制波紋管，從而節省時間并提高設計精度。
精密波紋管制造領域的領先企業Gagne公司推出了新的在線配置器，幫助工程師設計、定制和下載波紋管的3D CAD模型，以便在項目中使用。該工具由CADENAS打造，采用eCATALOG 3Dfindit技術，用戶可即時訪問100多種格式的原始CAD文件。
在線配置器可指導用戶選擇正確的波紋管類型，然后根據項目要求對尺寸、材料和端部連接進行微調。工程師可以調整卷積數、安裝方式和長度等屬性，以匹配特定的使用情況，例如像保護敏感元件、平衡運動或是密封環境。
配置完成后，用戶可立即下載100多種格式的原始CAD模型，兼容所有主要設計平臺，包括 SOLIDWORKS、Inventor、AutoCAD、Catia、Creo、NX 等。省去了不必要的轉換步驟，團隊可以更快地完成從理念到產品原型的轉換。
隨著eCATALOG 3Dfindit的推出，Gagne配置器能夠充分借助最大的搜索3D產品數據的工程師網站之一3Dfindit。在3Dfindit平臺上瀏覽的工程師，現在他們可以檢測和配置Gagne的波紋管，從而在設計和決策階段就能直接和新客戶取得聯系。
通過此次發布，Gagne公司將其工程專業技術帶入一個數字平臺，該平臺符合現代設計團隊的工作方式：快速、靈活和在線。該工具簡化了購買流程，強化了Gagne作為各行各業值得信賴的定制工程解決方案供應商的角色。
展開 基于ANSYS的U形波紋管熱應力分析
本文基于非線性有限元理論,針對波紋管軸向剛度大,徑向剛度小,能承受較大的軸向位移和一定的內、外壓力的特點,采用ANSYS有限元軟件首次對整體波紋管進行熱-應力耦合分析,研究波紋管在交變載荷和溫度場的作用下剛度與位移、應力應變情況,并預測波紋管的疲勞壽命
基于ANSYS的U形波紋管熱應力分析.pdf
波紋管湍流流動FLUENT仿真 ￥299
波紋管結構是熱交換器設備的常用組件，波紋管湍流模擬需要有特殊的網格處理方式。本算例以周期邊界算法為基礎，驗證波紋管湍流仿真結果與實驗結果的對比。
模型主要邊界條件
模型網格
仿真結果，流線圖
與實驗結果對比，x方向速度
波紋管補償器的挑選有哪些技巧？
由構成其工作主體的波紋管(一種彈性元件)和端管、支架、法蘭、導管等附件組成。 屬于一種補償元件。利用其工作主體波紋管的有效伸縮變形，以吸收管線、導管、容器等由熱脹冷縮等原因而產生的尺寸變化，或補償管線、導管、容器等的軸向、橫向和角向位移。也可用于降噪減振。
在現代工業中用途廣泛。供熱上，為了防止供熱管道升溫時，由于熱伸長或溫度應力而引起管道變形或破壞，需要在管道上設置補償器，以補償管道的熱伸長，從而減小管壁的應力和作用在閥件或支架結構上的作用力。
補償器采用矩形截面，圓角波形，管道中單個膨脹節承受二維方向位移。由2個膨脹節組成的肘接管道可承受三維方向位移。矩形圓角金屬波紋膨脹節有全高、半高型、按照煙道尺寸，應力應變要求用戶可多波節選用。
1、用戶根據管系熱位移情況選定了合適的補償器以后，至少還得提供管內的流通介質，煙風道的設計壓力，運行時的最高溫度，煙風道橫截面的外形尺寸(長、寬)所選用的波形(全高216mm、半高108mm)和波數(單個波紋單波數不超過6波)，以便進行補償器的結構設計和制造。
2、每波最大允許膨脹量：全高型△α=±24mm半高型△α=±12mm。
3、擋灰板：對風道或少塵的管道可以不采用，對多塵的煙道應采用檔灰板。
4、為減少波紋管的波節數，應考慮冷拉50%。
5、補償器適用于截面面積小于4.6平方米以及煙風道外形尺寸中有一邊小于1.5m但大于0.6mm的場合。標準全高型波紋補償器適用于所有的煙風道。
展開 金魯鼎波紋管自動焊：速度翻倍，成型完美！
傳統波紋管焊接耗時耗力，焊縫易變形、氣孔多？金魯鼎憑借自主研發專利技術，推出BW70T金屬軟管自動焊接設備，專治波紋管焊接難題！
伊旗這條農村公路采用了鋼波紋管涵洞
5月13日，記者在
布爾臺格村高家塔社窩圖溝
施工現場看到
施工人員正在安裝
路基排水防洪設施鋼壁波紋管
伊金霍洛旗交通運輸局副局長馮三奇介紹：“該項目于2020年8月開工建設，計劃2021年10月底建成通車。截至目前，桑蓋至轉龍灣段已完工，其余段落正在進行路基、橋梁工程施工，已完成投資1.2億元。”
“該項目建成后，阿鎮至納林陶亥鎮行駛里程由原來的63公里縮短至52公里，行車時間由以前的一個多小時縮短至四十分鐘左右，同時解決了阿新線大小車混行的問題。”馮三奇說道。
圣圓煤化工基地作為伊金霍洛旗重要的工業項目區，匯集了正能煤化工、匯能煤制氣等一批重點工業項目，阿新線（X622線）是伊旗阿鎮與圣圓煤化工基地連接的唯一通道，日均重載車流量均在10000輛以上，因車流量較大，存在著安全隱患。
為有效消除安全隱患，實現工業園區至中心城區輕重車輛分離、互聯互通，為園區職工和沿線居民生活和工作提供安全、快捷的行車環境，帶動沿線溫沙水灣、轉龍灣、陶亥召等地區旅游文化產業發展及周邊地區的經濟發展，伊旗決定實施阿鎮至圣圓煤化工基地匯能項目區農村公路項目。
展開 
FLUENT波紋管內傳熱流動模擬
本教程演示了波紋管內固體域與流體域之間的流動傳熱問題模擬。
1 啟動Workbench并建立分析項目
（1）在Windows系統下執行“開始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，啟動Workbench 19.2，進入ANSYS Workbench 19.2界面。
（2）雙擊主界面Toolbox（工具箱）中的Analysis systems→Fluid Flow（Fluent）選項，即可在項目管理區創建分析項目A。
2 導入幾何體
（1）在A2欄的Geometry上單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇Import Geometry→Browse命令，此時會彈出“打開”對話框。
（2）在彈出的“打開”對話框中選擇文件路徑，導入幾何體文件。
3 劃分網格
（1）雙擊A3欄Mesh項，進入Meshing界面，在該界面下進行模型的網格劃分。
（2）右鍵選擇流體域進出口邊界，在彈出的快捷菜單中選擇Create Named Selection，彈出Selection Name對話框，輸入名稱inlet和outlet，單擊OK按鈕確認。
（3）右鍵選擇固體域的內壁面和內壁面上的凸點，在彈出的快捷菜單中選擇Create Named Selection，彈出Selection Name對話框，輸入名稱pipewall和dimpled_potrusions，單擊OK按鈕確認。
（4）右鍵單擊模型樹中Mesh選項，選擇快捷菜單中的Generate Mesh選項，開始生成網格。
（5）網格劃分完成以后，單擊模型樹中Mesh項可以在圖形窗口中查看網格。
展開 用CAD畫這個波紋管，最快三秒完成，你用幾秒？
用solidoworks畫這個波紋管，測試下你的電腦靈敏程度。如果后兩步在一分鐘內搞定，恭喜你，你的電腦還可以繼續服役，搞不定，它該退役了。據說最快的能在3秒內搞定最后兩步，金粉們用了幾秒呢？
1.選擇上視基準面建立草圖。
2.完成草圖拉伸400。
3.選擇右視基準面建立草圖。
4.完成草圖選擇旋轉。
5.旋轉完成后兩邊倒圓角R2。
6.選擇線性整列特征注意選擇特征為旋轉和倒圓角，間距20mm，數量10個。
7.選擇當前表面創建草圖。
8.繪制10mm的圓。
9.選擇拉伸切除命令切除長度80mm。
10.兩邊倒圓角R2。
11.選擇圓周陣列命令，注意整列特征為切除和倒圓角。360°，數量20。
12.完成后如下圖。
13.選擇抽殼命令選擇兩端面，壁厚2mm。
14.這一步很重要，選擇彎曲命令，如果大家找不到可在軟件右上角搜索命令里面搜索。
彎曲對象選擇抽殼，裁切基準面會自動選擇，將兩基準面各向內側偏移100mm。點擊完成。這個過程可能比較慢。大家等待1min左右，電腦性能好的話15s搞定。
15.完成后就如下圖
16. 最后簡單渲染一下就是下面的樣子了。
來源：工業機器人培訓
展開 有限元分析有助于節省研發排氣伸縮接頭的時間
公司使用MSC SimXpert軟件來構建原始理念設計，使用MSC Nastran來模擬波紋管設計的能力，以減弱發動機運動對其他排氣系統產生的振動。然后對波紋管執行更詳細的非線性分析，來量化它的載荷和耐久性并確定其共振頻率。新方法減少了50%的設計和研發時間，使所需時間降至2-3周，同時大大降低了原型設計和實物驗證6DOF模型的成本。
草擬設計挑戰
BOA倡導多層波紋管設計，這種設計可吸收發動機及壓縮器管道系統的熱膨脹和振動。
多層波紋管是多層薄不銹鋼鋪層構成的薄壁真空管。這種管狀體經過加氫重整工藝后形成波紋，具有精密公差。薄鋼材質的使用以及每一單位長度具有的大量波紋降低了作用在管壁上的偏向力，增加了波紋管的彈性。
根據工作壓力，作用在制動器和發動機上的端面力可能會很大。多層波紋管良好的波紋外形和低彈簧力能夠降低端面力從而提高了發動機和渦輪增壓器效率。薄鋼多層波紋外形設計是為了減小壓力，使偏向力降低到最小。較小的壓力會延長疲勞壽命。
美國BOA創造了滿足特殊汽車應用軟件要求的自定機械波紋管設計。在眾多應用設計中，汽車OEM提供了完整排氣系統的設計，美國BOA使波紋管的性能最優化，并減弱了發動機運動對排氣系統造成的振動。
OEM還提供了臨界發動機頻率。目的在于優化波紋管，提供足夠的剛性來延長使用壽命，同時具備足夠的柔性將發動機和排氣系統之間的耦合降到最短，以便獲得優良的NVH性能。確保波紋管自身沒有任何可能被發動機激勵的自然頻率也非常重要。
過去，美國BOA工程師基于美國膨脹節制造商協會（EJMA）公式的研發原始設計。
展開 MSC幫助節省研發排氣伸縮接頭的時間
例如：我們已經研發了多層波紋管建模模板，工程師只需簡單地輸入重要的尺寸及參數，例如：直徑、長度、材料和屬性。我們的新自動化流程顯著縮短了原始概念到最優化設計循環執行所需的時間。”
仿真流程的第一部分是通過調整波紋管優化整個排放系統的NVH性能。波紋管越長便能吸收越多的發動機振動。但是延長波紋管會降低波紋管的自然頻率，從而增加發動機激勵波紋管振動的可能性。美國BOA工程師通常使用MSC Nastran CBUSH單元來建立排氣系統模型。CBUSH彈簧與常規梁元素相似，使用單元“i-j”的空間方向矢量確定定義單元朝向所需的局部坐標系。與常規彈簧元素不同，CBUSH元素還有阻尼屬性。美國BOA工程師執行了強度分析，以評估波紋管的應力和應變。此舉旨在確保波紋管不在塑性階段工作。如果壓力太高，工程師將改變波紋管的設計以使波紋管吸收更多振動。通常工程師會綜合地改變多個參數，例如：波紋半徑、紋間距、高度、層厚等等。此流程是著眼于整個排氣系統方面優化波紋管。
部件級分析
下一步是部件級分析。如果OEM提供力-頻率輸入，那么它將被施加到模型上。如果沒提供，美國BOA工程師將對整個系統執行固有模態分析。頻率響應結果圖用于估計了共振和頻率峰值。未與發動機工作范圍太接近的峰值都是可接受的。大多數情況下，工程師會接著執行完整的疲勞分析。MSC Nastran解出的靜態載荷產生的受力情況，會被輸入到疲勞分析軟件。“通常，為優化波紋管的頻響和疲勞壽命，我們需要循環5至10次，”Gade說，“SimXpert的自動化設計流程大大降低了設計建模和評估性能的時間。在部件級優化波紋管從需要，已一周時間降低至僅需兩天。只要完成了部件級分析，我們就制作原型并進入汽車試驗場測試。”
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