金屬波紋管設計方法的對比

金屬波紋管（簡(jiǎn)稱(chēng)波紋管）是一種撓性、薄壁、有橫向波紋的管殼零件，在外力及力矩作用下能吸收軸向、角向、側向及其組合位移。除彈性特性外，波紋管還具有耐壓、密封、耐腐蝕、耐溫度、耐沖擊等多種性能，是一種多功能零部件，現已廣泛應用于機械、航空航天、船舶、汽車(chē)、石化、能源、核工業(yè)等領(lǐng)域。申縮節

　　金屬波紋管有許多結構形式，以U形波紋管的應用最為廣泛。U型金屬波紋管由環(huán)板和具有正、負高斯曲率的半圓環(huán)殼組成，在管道系統中常用它作為位移補償元件，補償管道由于熱脹冷縮、地基不均勻沉降及安裝誤差等引起的位移。由于管道所傳輸的介質(zhì)具有一定的壓力，波紋管除了受管道的位移作用外還承受介質(zhì)壓力。

　　金屬波紋管的設計計算方法主要有三種：解析法、工程設計法和有限元法。在20世紀70年代之前，金屬波紋管結構分析主要采用解析法，其主要思想是：根據近似簡(jiǎn)單梁、近似圓柱體、近似殼體的假設，依據材料力學(xué)理論得到波紋管殼體的應力-應變值。但由于波紋管本身是一種較為復雜的軸對稱(chēng)薄壁殼體，且在絕大多數工況下材料處于塑性大變形范圍內，因而在解析解與波紋管材料的實(shí)際響應之間存在著(zhù)較大的誤差?，F解析法在行業(yè)內應用較少。

　　為了適應工程設計需要，引入了工程設計法，該方法的主要思想是在解析法得到的近似解中引出了圖表形式的修正系數，經(jīng)過(guò)近似修正，得到簡(jiǎn)單的設計計算公式，并在工程設計中應用。我國較有影響的工程設計方法是美國膨脹節制造者協(xié)會(huì )（EJMA）標準公式，它對波紋管的應力分析全面，假設條件較合理，加上計算式對實(shí)際的影響因素做了必要的修正，故計算結構與實(shí)驗數據較為接近，有一定準確性，國內相關(guān)波紋管標準大多采用EJMA標準中的計算公式?，F在，隨著(zhù)特種波紋管在航空航天、核工業(yè)、石油石化等行業(yè)的大量應用，工程設計方法已較難滿(mǎn)足復雜工況下的波紋管設計要求，需要應用更精確的設計計算方法。

　　近幾年，隨著(zhù)計算機和計算數學(xué)的發(fā)展而產(chǎn)生，有限元法在波紋管的數值分析中的應用越來(lái)越廣泛。有限元法的主要思想是將波紋管本體進(jìn)行離散化，分成若干個(gè)單元，通過(guò)能量原理建立起以結點(diǎn)位移為基本未知量的代數方程組，通過(guò)求解結點(diǎn)位移，進(jìn)而求出應變和應力，是對波紋管進(jìn)行綜合性能分析的有效方法。