波纹管应力计算的方法

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金属波纹软管作为弹性密封零件,首先要满足强度条件,即其最大应力不超过给定条件下的许用应力。许用应力可由极限应力除以安全系数得出。根据波纹管的工作条件和对它的使用要求,极限应力可以是屈服强度,也可以是波纹管失稳时的临界应力,或者是疲劳强度等。要计算波纹管最大工作应力必须分析波纹管管壁中的应力分布。

波纹管上的应力是由系统中的压力和波纹管变形所产生的。压力在波纹软管上产生环(周向)应力,而在波的侧壁、波谷和波峰处产生径向的薄膜和弯曲应力。不能抗弯的薄壳有时称为薄膜,忽略弯曲而算得的应力则称为薄膜应力。波纹管变形时产生径向薄膜应力和弯曲应力。波纹管在工作时,有的承受内压,有的承受外压,例如波纹膨胀节和金属软管在多数情况下其波纹管承受内压,而用于阀门阀杆密封的波纹管一般情况下承受外压在这里主要分析波纹管承受内压时的应力,波纹管承受外压的能力一般情况下高于耐内压能力。

目前,波纹管应力计算比较普遍的方法有如下两种:

1.数值法计算波纹管应力。假定波纹软管的全部波纹都处于同一条件下,在计算时只研究波纹管波纹的单个半波。这样,在研究中就不考虑端部波纹,虽然端部波纹的边界条件与中间波纹有所不同。数值法是根据E.列斯涅尔对于变壁厚回转薄壳产生轴向对称变形时所列的非线性方程来解的。在推导E.列斯涅尔方程时,应用了薄壳理论的一般假定,其中包括:与环壳曲率主半径相比厚度很小的假定;材料的均一性和各向同性的假定。采用上述假定也会给计算带来一定的误差。因为在制造波纹管时,管坯的轧制,拉深和随后的波纹塑性成形会造成材料力学性能上的各向异性和不均匀性。

2.美国EJMA 应力计算方法。波纹软管的有效面积计算,有效面积是波纹管的基本性能参数之一,它表征波纹管将压力转换为集中力的能力,在利用波纹管把压力变成集中力输出的场合,有效面积就是一个重要参数。

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