波紋管的(de)性能指标
剛度
使金屬波紋管或其它彈性元件産生單位位移所需要的(de)載荷值稱爲元件的(de)剛度，一般用(yòng)“K”表示。如果元件的(de)彈性特性是非線性的(de)，則剛度不再是常數，而是随著(zhe)載荷的(de)增大(dà)發生變化(huà)。一般工程用(yòng)的(de)波紋管類彈性元件，剛度允差可(kě)限定在+/-50%之内。波紋管的(de)剛度按照(zhào)載荷及位移性質不同，分(fēn)爲軸向剛度、彎曲剛度、扭轉剛度等。在波紋管的(de)應用(yòng)中，絕大(dà)多(duō)數的(de)受力情況是軸向載荷，位移方式爲線位移。以下(xià)是幾種主要的(de)波紋管軸向剛度設計計算(suàn)方法：
1．能量法計算(suàn)波紋管剛度
2．經驗公式計算(suàn)波紋管剛度
3．數值法計算(suàn)波紋管剛度
4．EJMA标準的(de)剛度計算(suàn)方法
5．日本TOYO計算(suàn)剛度方法
6．美(měi)國KELLOGG（新法）計算(suàn)剛度方法
除了(le)上述六種剛度計算(suàn)方法之外，國外還(hái)有許多(duō)種其它的(de)計算(suàn)剛度的(de)方法，在此不再介紹。我國的(de)力學工作者在波紋管的(de)理(lǐ)論研究和(hé)實驗分(fēn)析方面作了(le)大(dà)量工作，取得(de)了(le)豐碩的(de)研究成果。其中主要的(de)研究方法是：
（1）攝動法
（2）數值積分(fēn)的(de)初參數法
（3）積分(fēn)方程法
（4）攝動有限單元法
上述方法都可(kě)以對(duì)波紋管進行比較精确的(de)計算(suàn)。但是，由于應用(yòng)了(le)較深的(de)理(lǐ)論和(hé)計算(suàn)數學的(de)方法，工程上應用(yòng)有一定的(de)困難，也(yě)難于掌握，需要進一步普及推廣。
金屬波紋管與螺旋彈簧聯用(yòng)時(shí)的(de)剛度計算(suàn)
在使用(yòng)過程中，對(duì)剛度要求較大(dà)，而金屬波紋管本身剛度又較小時(shí)，可(kě)以考慮在波紋管的(de)内腔或外部配置圓柱螺旋彈簧。這(zhè)樣不僅可(kě)以提高(gāo)整個(gè)彈性系統的(de)剛度，而且遲滞引起的(de)誤差也(yě)可(kě)以大(dà)爲減小。這(zhè)種彈性系統的(de)彈性性能主要取決于彈簧的(de)特性和(hé)波紋管有效面積的(de)穩定性。
波紋管的(de)彎曲剛度
波紋管的(de)應力計算(suàn)
金屬波紋管作爲彈性密封零件，首先要滿足強度條件，即其應力不超過給定條件下(xià)的(de)許用(yòng)應力。許用(yòng)應力可(kě)由極限應力除以安全系數得(de)出。根據波紋管的(de)工作條件和(hé)對(duì)它的(de)使用(yòng)要求，極限應力可(kě)以是屈服強度，也(yě)可(kě)以是波紋管失穩時(shí)的(de)臨界應力，或者是疲勞強度等。要計算(suàn)波紋管大(dà)工作應力必須分(fēn)析波紋管管壁中的(de)應力分(fēn)布。
波紋管上的(de)應力是由系統中的(de)壓力和(hé)波紋管變形所産生的(de)。壓力在波紋管上産生環（周向）應力，而在波的(de)側壁、波谷和(hé)波峰處産生徑向的(de)薄膜和(hé)彎曲應力。不能抗彎的(de)薄殼有時(shí)稱爲薄膜，忽略彎曲而算(suàn)得(de)的(de)應力則稱爲薄膜應力。波紋管變形時(shí)産生徑向薄膜應力和(hé)彎曲應力。波紋管在工作時(shí)，有的(de)承受内壓，有的(de)承受外壓，例如波紋膨脹節和(hé)金屬軟管在多(duō)數情況下(xià)其波紋管承受内壓，而用(yòng)于閥門閥杆密封的(de)波紋管一般情況下(xià)承受外壓在這(zhè)裏主要分(fēn)析波紋管承受内壓時(shí)的(de)應力，波紋管承受外壓的(de)能力一般情況下(xià)高(gāo)于耐内壓能力。随著(zhe)波紋管的(de)廣泛應用(yòng)，人(rén)們對(duì)波紋管的(de)應力進行大(dà)量的(de)分(fēn)析研究和(hé)實驗驗證工作，提出了(le)許多(duō)供工程設計使用(yòng)的(de)計算(suàn)公式、計算(suàn)程序和(hé)圖表。但是，有的(de)方法由于圖表或程序繁複使用(yòng)不方便，有的(de)方法假設條件不是過于簡化(huà)就是過于理(lǐ)想，難以保證使用(yòng)上的(de)安全可(kě)靠，不少方法未能爲工程界所接受。因此，真正符合實用(yòng)要求的(de)方法爲數不多(duō)。應用(yòng)比較普遍的(de)方法有如下(xià)兩種：
1．數值法計算(suàn)波紋管應力
假定波紋管的(de)全部波紋都處于同一條件下(xià)，在計算(suàn)時(shí)隻研究波紋管波紋的(de)單個(gè)半波。這(zhè)樣，在研究中就不考慮端部波紋，雖然端部波紋的(de)邊界條件與中間波紋有所不同。數值法是根據E．列斯涅爾對(duì)于變壁厚回轉薄殼産生軸向對(duì)稱變形時(shí)所列的(de)非線性方程來(lái)解的(de)。在推導E．列斯涅爾方程時(shí)，應用(yòng)了(le)薄殼理(lǐ)論的(de)一般假定，其中包括：與環殼曲率主半徑相比厚度很小的(de)假定；材料的(de)均一性和(hé)各向同性的(de)假定。采用(yòng)上述假定也(yě)會給計算(suàn)帶來(lái)一定的(de)誤差。因爲在制造波紋管時(shí)，管坯的(de)軋制，拉深和(hé)随後的(de)波紋塑性成形會造成材料力學性能上的(de)各向異性和(hé)不均勻性。
2．美(měi)國EJMA應力計算(suàn)方法
波紋管的(de)有效面積計算(suàn)
有效面積是波紋管的(de)基本性能參數之一，它表征波紋管将壓力轉換爲集中力的(de)能力，在利用(yòng)波紋管把壓力變成集中力輸出的(de)場(chǎng)合，有效面積就是一個(gè)重要參數。
波紋管用(yòng)于力平衡式儀表時(shí)，其有效面積的(de)穩定性會直接影(yǐng)響著(zhe)儀表的(de)精度。所以在這(zhè)種場(chǎng)合不但要求波紋管具有合理(lǐ)的(de)有效面積，而且還(hái)要求有效面積在工作過程中不随工作條件而變化(huà)。
1．有效面積的(de)概念和(hé)有效面積的(de)變化(huà)
有效面積是一個(gè)等效的(de)面積，壓力作用(yòng)在這(zhè)個(gè)面積上将産生相等的(de)軸向力。一般情況下(xià)，随著(zhe)内壓力的(de)增大(dà)，波紋管有效面積變小，面随外壓力的(de)增加，有效面積變大(dà)。
2．波紋管的(de)體積有效面積
波紋管在外力或壓差作用(yòng)下(xià)，其體積變化(huà)量與相應的(de)有效長(cháng)度的(de)變化(huà)量之比值稱爲體積有效面積。
3．波紋管有效面積的(de)計算(suàn)
對(duì)波紋管有效面積提出的(de)要求及其計算(suàn)方法取決于波紋管的(de)用(yòng)途。如果波紋管用(yòng)作彈性密封件或管路熱(rè)補償時(shí)，有效面積的(de)意義僅在于用(yòng)來(lái)計算(suàn)波紋管成形時(shí)的(de)軸向力和(hé)使用(yòng)系統中的(de)推力。波紋管的(de)有效面積計算(suàn)值與實測值之間急有一些差别。一般情況下(xià)用(yòng)專用(yòng)公式計算(suàn)波紋管的(de)有效面積，是可(kě)以滿足需要的(de)。
當波紋管用(yòng)于力平衡儀表和(hé)需要将壓力轉換爲力的(de)場(chǎng)台，應準确确定其有效面積，要求逐個(gè)進行測量。
靈敏度
金屬波紋管及其它彈性元件承受單位載荷時(shí)所産件的(de)位侈量稱爲元件的(de)靈敏度。剛度和(hé)靈敏度是波紋管及其它彈性元件的(de)主要功能參數，但它們又是同一使用(yòng)特性的(de)兩種不同的(de)表示方法。對(duì)于不同的(de)場(chǎng)合，爲便于分(fēn)析問題，可(kě)采用(yòng)其中任何一種參數。
有效面積
對(duì)于實現壓力一力或力一壓力轉換的(de)彈性元件，還(hái)有一個(gè)重要的(de)功能指标是有效面積。有效面積是指彈性元件在單位壓力作用(yòng)下(xià)，當其位移爲零時(shí)所能轉換成集中力的(de)大(dà)小。
使用(yòng)壽命
彈性元件下(xià)作時(shí)有兩種狀态；一種是在一定的(de)載荷和(hé)位移情況下(xià)工作，并保持載荷、位移始終不變或很少變化(huà)，稱爲靜态工作；另一種使用(yòng)情況是載荷和(hé)位移不斷周期往複交替變化(huà)．元件處于循環工作狀态。由于工作狀态的(de)不同，元件損壞或失效的(de)模式也(yě)不同。儀表彈性敏感元件工作在彈性範圍内，基本上處于靜态工作狀态，使用(yòng)壽命很長(cháng)，一般達到數萬次到數十萬次。工程中應用(yòng)的(de)波紋管類組件，有時(shí)工作在彈塑性範圍或交變應力狀态，壽命隻有成百上幹次。元件在循環工作時(shí)必須給定許用(yòng)工作壽命，規定循環次數、時(shí)間和(hé)頻(pín)率。
彈性元件的(de)額定壽命是元件設計時(shí)定出的(de)預期使用(yòng)壽命，要求在這(zhè)段期間内元件不允許出現疲勞、損壞或失效等現象。
密封性
密封性是指元件在一定的(de)内、外壓差作用(yòng)下(xià)保證不洩漏的(de)性能。波紋管類組件工作時(shí)，内腔充有氣體或液體介質，并有一定的(de)壓力，因此必須保證密封性。密封性的(de)檢測方法有氣壓密封性試驗、滲漏試驗、液體加壓試驗、用(yòng)肥皂水(shuǐ)或氦質譜檢漏儀檢測。
自振頻(pín)率
在工業中使用(yòng)的(de)彈性元件，其工作環境往往都有一定程度的(de)振動，有些元件用(yòng)作隔振部件．本身就處在振動條件下(xià)。對(duì)于在特殊條件下(xià)應用(yòng)的(de)彈性元件，必須防止元件的(de)自振頻(pín)率（特别是基頻(pín)）與系統中任何一種振動源振頻(pín)相近，避免發生共振而引起損壞。波紋管類組件在各種領域中得(de)到了(le)廣泛的(de)應用(yòng)，爲避免波紋管發生共振面損壞，波紋管的(de)固有頻(pín)率應低于系統的(de)振動頻(pín)率，或至少比系統振頻(pín)高(gāo)出50%。
使用(yòng)溫度
金屬波紋管類組件的(de)使用(yòng)溫度範圍很寬，一般都在彈性元件設計制造前給出。有些特殊用(yòng)途的(de)波紋管，内腔通(tōng)過液氧（-196℃）或更低溫度的(de)液氮，耐壓高(gāo)達25MPa。管網系統連接用(yòng)的(de)大(dà)型波紋膨脹節（公稱直徑有時(shí)超過lm），要求承壓4MPa，耐溫400℃，且有一定的(de)耐腐蝕穩定性。彈性元件的(de)溫度适應能力取決于所采用(yòng)彈性材料的(de)耐溫性能。因此根據彈性元件的(de)使用(yòng)溫度範圍，選用(yòng)合适溫度性能參數的(de)彈性材料，才能加工制造出合格的(de)波紋管類組件。
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