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為響應(yīng)國家節(jié)能減排號召，落實(shí)量值傳遞與溯源，研制并建立了大口徑熱量表檢測裝置（DN50~300 mm，流量 0.2~600 m3/h），流量準(zhǔn)確度等級可達(dá)0.1級，但也存在很多問題。當(dāng)檢測DN50 mm、DN65 mm、DN80mm的熱量表時(shí)，在入水口彎管處出現(xiàn)管道局部翹起現(xiàn)象，在一定程度上影響測量值的準(zhǔn)確性，同時(shí)也會嚴(yán)重縮減裝置的使用壽命。
杭州那泰有限元分析公司以DN50mm、DN65mm、DN80mm管道入水口受力彎管作為研究對象，采用solidworks 實(shí)現(xiàn)受力彎管的三維建模，在simulation 有限元仿真環(huán)境下，對不同結(jié)構(gòu)的受力彎管進(jìn)行變形位移、應(yīng)力、應(yīng)變分析，為彎管的設(shè)計(jì)、調(diào)試提供參考意見。
SolidWorks Simulation 線性靜力分析主要用來分析零部件在給定靜力載荷作用下的響應(yīng)。通過求解靜力有限元分析的控制方程式即可求得結(jié)構(gòu)在各節(jié)點(diǎn)的位移向量 ，同時(shí)也可得到各單元在各節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力及單元所承受的靜力分析控制方程式。
實(shí)際受力彎管材料選擇合金鋼（SS），模型類型為線性彈性同向性，適合線性靜力分析；受力彎管主要受到預(yù)夾緊力0.7MPa，該力主要由空氣壓縮機(jī)提供，再通過氣動夾緊裝置執(zhí)行；受力點(diǎn)是法蘭連接端面，方向與水流方向相反。
根據(jù)分析研究需要，將受力彎管設(shè)計(jì)成如下四種方案：450 mm×800 mm、450 mm×800 mm（有加強(qiáng)筋）、450 mm×600 mm、600 mm×800 mm, 然后進(jìn)行網(wǎng)格劃分。
方案一：450 mm×800 mm。此結(jié)構(gòu)為實(shí)驗(yàn)室檢測裝置的實(shí)際尺寸，分析數(shù)據(jù)可以看出：受力彎管的最小位移（URES）為0mm，最大位移可達(dá)7.915 mm；產(chǎn)生的最小應(yīng)力（VON：von Mises）為0.301 MPa， 最大應(yīng)力可達(dá)217.364 MPa；最小應(yīng)變（ESTRN）為1.151×10-6，最大應(yīng)變可達(dá)7.784×10-4。
方案二：450 mm×800 mm（有加強(qiáng)筋）。從數(shù)據(jù)分析可以看出：受力彎管的最小位移為0 mm，最大位移可達(dá)1.014 mm；產(chǎn)生的最小應(yīng)力為0 MPa，最大應(yīng)力可達(dá)148.314 MPa；最小應(yīng)變?yōu)?.024×10-17（可忽略不計(jì)），最大應(yīng)變可達(dá)4.056×10-4。
方案三：450 mm×600 mm。分析數(shù)據(jù)可以看出：受力彎管的最小位移為0.001 mm，最大位移可達(dá)3.898 mm；產(chǎn)生的最小應(yīng)力為0.380 MPa，最大應(yīng)力可達(dá)157.007 MPa；最小應(yīng)變?yōu)?.186×10-6，最大應(yīng)變可達(dá)5.618×10-4。
方案四：600 mm×800 mm。分析數(shù)據(jù)可以看出：受力彎管的最小位移為0.001 mm，最大位移可達(dá)8.939 mm；產(chǎn)生的最小應(yīng)力為0.401 MPa，最大應(yīng)力可達(dá)217.483 MPa；最小應(yīng)變?yōu)?.118×10-6，最大應(yīng)變可達(dá)7.765×10-4。
通過建模、網(wǎng)格劃分以及有限元分析，可以得出：不同結(jié)構(gòu)方案下的受力彎管都會發(fā)生不同程度的位移，且產(chǎn)生應(yīng)力、應(yīng)變；受力彎管的最大位移發(fā)生在法蘭連接端，而最大的應(yīng)力、應(yīng)變出現(xiàn)在彎管的固定端。由于位移、應(yīng)力及應(yīng)變的最小量不是研究重點(diǎn)，本文只關(guān)注不同結(jié)構(gòu)方案產(chǎn)生的最大值，結(jié)論是：帶有加強(qiáng)筋的結(jié)構(gòu)方案二產(chǎn)生的位移、應(yīng)力及應(yīng)變最小，其次是縮短豎直直管段的方案三；方案四增加水平直管段的長度，反而會產(chǎn)生更大的位移、應(yīng)力應(yīng)變。
由上所述，為了消除管道局部翹起以及較大應(yīng)力應(yīng)變對受力彎管的影響，使裝置的性能更加穩(wěn)定、可靠，延長裝置的使用壽命，建議縮短豎直、水平直管段的長度，且在加工豎直直管段時(shí)可以考慮設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋，從而增強(qiáng)受力彎管的強(qiáng)度和剛性，克服應(yīng)力過大的變形。
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