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    弹簧管压力表有限元仿真分析

    发布时间:2020-06-26  阅读:212次

    在Ansys中建立压力表弹簧管的几何模型,对模型进行受力分析,得到压力表弹簧管在工作状态下的受力云图和位移云图。从云图中可得压力表最大受力处和最大位移处。对弹簧管进行模态分析,得到弹簧管加载前的固有频率,仿真的结果符合实际情况并且为压力表的设计与优化提供了参考。

    压力表是一种用于气体、液体和蒸汽的压力测量。其工作原理是利用弹性敏感元件在压力作用下产生弹性形变,其形变量的大小与作用的压力成一定的线性关系,在通过传动结构放大,最后利用指针在分度盘上指示出来。压力表按照弹性敏感元件的不同可分为:弹簧管式、膜盒式、膜片式盒和波纹管式,本文以最常见的弹簧管式压力表作为研究对象。

    1.模型的建立

    为了研究的简便在Ansys中建立弹簧管的横截面模型,其中模型的角度为270°,横截面的内半径为55mm,弹簧管的厚度为1.2mm。

    2.有限元仿真

    定义单元类型为planel82单元,弹性模量2.lell,泊松比为0.3,压力表的弹簧管承受4MPa的压力。模型建立后采用智能网格划分的方式,为了将网格划分的更加精细,采用智能等级数为2。同时将弹簧管的底部定义为完全约束的条件,其模型如图1所示:

    3.结果分析

    压力表的在受到外加压力的情况下,弹簧管的半径比没有施加作用力的情况下的半径增大,其变化的云图如图2所示:

    根据图3,图4在受到4MPa的外加作用力的情况下,主要应力集中在弹簧管的圆拱处的两侧部分,其最大应力

    为10900MPa。同时弹簧管的最大位移主要集中在弹簧管的自由端附近,其最大位移为11.39mm。

    根据系统动力学原理,具有n个自由度的离散化结构的振动方程为:

    M'x⑴+Cx(t)+Kx(t)=0M—结构的质量矩阵C一结构的阻尼矩阵/i:一结构的刚度矩阵。

    设其结为:{*}={

    则其特征方程为:[A:]-w2[M]1=0w—模态的固有频率{中}一固有频率对应的模态的振型矢量(特征矢量)。

    运用Ansys软件进行模态分析求解,定义压力表弹簧管的密度为7850,其它相关参数与前述参数一致,共提取前5阶模态频率。其计算结果和对应阵型如表1所示。

    分析弹簧管的固有频率可以发现,弹簧管的振动存在半径内和Y方向的这两种,这也与实际情况是相吻合的。

    4.结论

    在Ansys中建立压力表弹簧管的几何模型,,然后通过Ansys对压力表弹簧管进行对应的材料赋值,再对压力表的弹簧管进行有限元分析,从而得到弹簧管在受力情况下的应力云图、位移云图。对压力表弹簧管进行加载前的模态分析,可获得其前五阶的固有频率。弹簧管的模态分析结果可以对弹簧管和压力仪表的减震设计提供了参考依据。


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