ベローズのねじり座屈解析

Torsional buckling analysis of bellows

月森 和之*; 岩田 耕司; 石渡 俊*; 井上 泰幸*

Tsukimori, Kazuyuki*; Iwata, Koji; not registered; not registered

ベローズ継手は機器、配管引廻しのコンパクト化に有効な手段であり、事業団において高速炉プラントへの適用成立性に関する研究開発を行ってきた。本来、ベローズはねじり負荷がかからぬように設計されるべきであり、通常、ハードウェアによってねじりを受けないよう保護されている。しかしながら実際にはピン部のガタ、ハードウェアの変形等ねじりの要因は存在するため、これを設計上明確に抑えることは設計、製作における信頼性向上の面からも有効と考えられる。このような観点に立ち、ベローズのねじり座屈について理論、数値解析の両面からパラメトリックな検討を行った。数値解析にはFINASに新しく開発された3接点軸対称シェル調和級数要素(NAXSHEL3)を用いて、弾性座屈固有値解析を行った。その結果、理論解析と数値解析は幅広い形状範囲で良く一致し、設計規定の中に具体的に反映する見通しを得た。

PNC has proceeded the feasibility study in respect of the bellows expansion joint for FBR pipings because the expansion point is an effective measure to rationaliz evarious piping systems. Essencially bellows should be designed not to be subjected to torsional loads and usually bellows is protected by hardware not to move in the direction of torsion. Actually, however, there are some sources of torsional deformation, e.g. the clearance of bearing structure, the deformation of hardware etc. Therefore it must be available to limit the torsional displacement of bellows clearly in view of improvement of reliability in design and fabrication. The torsional buckling behavior of bellows was investigated with both theory and numerical analysis. The new element, 3-mode axisy㎜etric shell harmonic series element (NAXSHEL3) which was developed in the FINAS fimite element computer progran, was used for the buckling eigen valve analysis. The numerical solutions corresponded to the theory very well in a wide range of dimensions and number of convolutions. Besed on these results the framework of the design rule related to the torsion of bellows was drawn.