文章摘要
高耐压低刚度钛合金波纹管设计仿真研究
Design and Simulation Study of High-pressure-resistance and Low-stiffness Titanium Alloy Bellows
投稿时间:2026-03-17  
DOI:10.16018/j.cnki.cn32-1650/n.202602005
中文关键词: TA15  波纹管  4层U型波纹管  数值仿真  轴向刚度  加强环间隙
英文关键词: TA15  metal bellows  four-layer U-shaped bellows  numerical simulation  axial stiffness  reinforcing ring clearance
基金项目:江苏省市场监督管理局科技计划项目(KJ2025021)
作者单位
周鹏 盐城市质量技术监督综合检验检测中心,江苏盐城 224056 ;江苏沿海可再生能源技术创新中心,江苏盐城 224000 
陈立云 盐城市质量技术监督综合检验检测中心,江苏盐城 224056 ;江苏省市场监管重点实验室(海上风电装备质量与安全),江苏盐城 224056 
王勇青 盐城工学院电气工程学院,江苏盐城 224051 
顾国庆 盐城工学院土木工程学院,江苏盐城 224051 
时浩 盐城市质量技术监督综合检验检测中心,江苏盐城 224056 
成尔军 盐城市质量技术监督综合检验检测中心,江苏盐城 224056 
林兆东 南京工业大学土木工程学院,江苏南京 211816 
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中文摘要:
      为满足船舶管路系统对波纹管高耐压与低刚度的双重需求,本研究基于TA15材料设计了一种新型拉杆平衡式金属波纹管,并提出了加强环协同优化方案。与传统紧密贴合设计不同,该加强环在低内压(2 MPa)下与波纹管分离、高内压(10 MPa)下部分接触、爆破压力(30 MPa)下完全接触。基于ABAQUS的有限元仿真表明,在10 MPa轴向拉压和30 MPa高压工况下,波纹管最大应力分别为908 MPa和931 MPa,均低于TA15屈服强度937 MPa,且刚度保持在较低水平。
英文摘要:
      To meet the dual requirements of high-pressure resistance and low stiffness for bellows used in marine pipeline systems, this study designed a tie-rod balanced metal bellows based on TA15 titanium alloy and proposed a synergistic optimization scheme for the reinforcing ring. Unlike conventional close-fitting designs, the reinforcing ring remains separated from the bellows at a low internal pressure of 2 MPa, comes into partial contact at a high internal pressure of 10 MPa, and establishes full contact at the burst pressure of 30 MPa. Finite element simulations using ABAQUS show that under 10 MPa axial tension-compression and 30 MPa high-pressure conditions, the maximum stresses in the bellows are 908 MPa and 931 MPa, respectively, both of which are lower than the yield strength of TA15 alloy(937 MPa), while the stiffness remains at a low level.
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