بررسي روابط تحليلي و مدل‌‌سازي كمانش غيرخطي در فانوسي‌ها

Study of the Analytical Solutions and Modelling of Nonlinear Buckling in Bellows

فانوسي‌ها يكي از اجزاي پركاربرد در بسياري از صنايع مي‌باشند. غالبا داخل اين اجزاء سيالي در حركت بوده و از فانوسي به عنوان جبران‌كننده طول، نشت‌بند و جاذب ارتعاشات استفاده مي‌شود. كاركرد فانوسي‌ها معمولا تحت فشار بوده و افزايش بيش از حد فشار موجب كمانش در فانوسي مي‌شود. در فانوسي‌ها دو نوع كمانش رخ مي‌دهد كه با نام كمانش ستوني و كمانش درون صفحه‌اي شناخته مي‌شوند. در اين مقاله ابتدا به بررسي روابط تحليلي ارائه شده پيرامون كمانش فانوسي پرداخته شده سپس با استفاده از نرم‌افزار اجزاء محدود آباكوس كمانش فانوسي‌ها مورد بررسي قرار گرفته و نتايج آن با نتايج تجربي موجود در منابع مقايسه شده است. بر اساس نتايج به‌دست آمده هرچند تحليل الاستيك پديده كمانش در فانوسي‌ها شكل مود‌هاي صحيح و قابل قبولي را نتيجه مي‌دهد اما فشار كمانش به‌دست آمده از اين تحليل چندين برابر فشار تجربي مي‌باشد. سپس با اعمال نقص به‌صورت جابه‌جايي هم شكل با چند مود ابتدايي كمانش سازه و تحليل غيرخطي با استفاده از نمودار نيرو-جابه‌جايي، بار كمانش سازه محاسبه گرديده است. در ادامه تعداد مودها و ميزان اعمال جابه‌جايي اوليه مورد نياز با مقايسه نتايج تحليل عددي با نتايج تجربي موجود مورد بررسي قرار گرفته و همگرايي مناسبي بين نتايج تحليل عددي و نتايج تجربي به وجود آمده‌است.

Bellows are one of the widely used elements in various industries. These elements often contain an internal fluid flow and they are used as the length compensator, vibration absorber, and sealer. Usually, they are under pressure and out of range increasing in pressure can cause buckling of bellows. There are two types of buckling in bellows known as column buckling and in-plane buckling. In this paper first, a comprehensive study was done on analytical solutions of bellows buckling in the literature and then both types of buckling were investigated by using finite element method software ABAQUS and the results were compared with the experimental results that had been reported in references. According to the results, although elastic analysis of bellows buckling gives correct mode shapes, the buckling pressure is several times as much the experimental one. Then, buckling pressure is computed by applying imperfection according to the primary buckling mode shapes and nonlinear analysis was done by the use of the pressure-displacement curve. Finally, the necessary number of buckling mode shapes applied as imperfection and the amount of the mode shape amplitude required was investigated by comparing the results with the experimental one and finally good agreement with experimental results was obtained.