Study on behaviours of multi-ply bellows subjected to pressure and displacement loads

圧力及び変位荷重を受ける多層ベローズの挙動に関する研究

月森 和之; 安藤 勝訓 ; 矢田 浩基 

Tsukimori, Kazuyuki; Ando, Masanori; Yada, Hiroki

耐圧性と柔軟性を兼ね備えた多層ベローズは広く利用されている。しかしながら、層間の摩擦による不確定性のため、単層のベローズに比べて、その挙動の解析的な扱いが難しい。本研究では、多層ベローズの強度評価について検討し、層間の摩擦の影響について、例として2層ベローズを取り上げて、簡易モデル及び詳細FEM解析により、塑性域まで含めて分析、評価した。主に次の結果を得た。(1)摩擦が無いと仮定した場合、塑性域に及ぶまで2層ベローズを構成する1層分のベローズのモデルを利用して、2層ベローズの挙動を良好に近似できる。この場合、数値解析にかかる負担は大幅に低減できる。(2)摩擦の影響は、現実的な摩擦係数の範囲では比較的小さい。したがって、摩擦の影響を無視しても実際的な挙動を捉えることができる。(3)圧力に対する多層ベローズの強度、すなわちベローズ固有の座屈挙動については、内圧による層間の面圧の上昇を考えると、若干保守側に評価される。このような観点から、摩擦を無視した評価は設計上合理的と言える。

Multi-ply bellows is widely used because its flexibility and pressure tightness. However, the analytical treatment of its behaviours is difficult compared with that of single-ply bellows, since the uncertainty of friction between plies exists. In this paper the strength evaluation equations of multi-ply bellows are examined and the friction effect between plies is investigated through simplified models and detailed FEM analyses of two-ply bellows for example including the effect of material plasticity and internal pressure. Mainly following results are obtained. (1) The behaviours of two-ply bellows without friction can be analysed approximately by using single-ply bellows model even in the elastic-plastic region. The effort of numerical analysis can be reduced if two-ply bellows analyses can be replaced by the analyses of single-ply bellows model. (2) The effect of friction is relatively small up to about 0.4 by friction coefficient. Therefore, the behaviours of two-ply bellows can be evaluated practically ignoring friction effect. (3) The strength of multi-ply bellows against pressure, i.e. buckling, can be evaluated conservatively by assuming no friction, even if considered the internal pressure with friction. Therefore, the evaluation method without friction is recommended for design.