高空真多层绝热低温管道中波纹管简化有限元模拟方法

摘要

基于有限元方法对高真空多层绝热(HV-MLI)低温管道进行多场耦合分析时,由于内管道波纹管几何及材料的非线性特性,使整个分析过程极为耗时,限制了有限元法在HV-MLI低温管道优化设计中的应用.为提高有限元分析效率,结合HV-MLI低温管道对所受载荷的响应特征,提出了用Combine14弹簧单元或等截面管等效替代波纹管的方法.通过对Combine14弹簧单元和等截面管相关参数的理论计算及定义,建立了两种HV-MLI低温管道内管的等效有限元计算模型,并对含波纹管、Combine14弹簧单元及等截面管内管道模型分别进行了有限元模拟计算,得到了各模型内管的应力及变形结果.结果表明:建立的两种等效模型合理、有效;与含波纹管模型相比,两种等效模型均在保证分析精度的同时,将分析效率提高了300倍;相比含Combine14弹簧单元模型,含等截面管模型在结构不连续处的应力集中程度较轻,且与含波纹管模型相符,更适于HV-MLI低温管道的多场耦合分析.