应用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。
波纹管用于力平衡式仪表时,其有效面积的稳定性会直接影响着仪表的精度。所以在这种场合不但要求波纹管具有合理的有效面积,而且还要求有效面积在工作过程中不随工作条件而变化
在工作过程中不随工作条件而变化。
1.有效面积的概念和有效面积的变化
有效面积是一个等效的面积,压力作用在这个面积上将产生相等的轴向力。一般情况下,随着内压力的增大,波纹管有效面积变小,面随外压力的增加,有效面积变大。
2.波纹管的体积有效面积
波纹管在外力或压差作用下,其体积变化量与相应的有效长度的变化量之比值称为体积有效面积。
3.波纹管有效面积的计算
对波纹管有效面积提出的要求及其计算方法取决于波纹管的用途。如果波纹管用作弹性密封件或管路热补偿时,有效面积的意义仅在于用来计算波纹管成形时的轴向力和使用系统中的推力。波纹管的有效面积计算值与实测值之间急有一些差别。一般情况下用**公式计算波纹管的有效面积,是可以满足需要的。
当波纹管用于力平衡仪表和需要将压力转换为力的场台,应准确确定其有效面积,要求逐个进行测量。
要应用于钢带类
钢带波纹管又叫钢带增强聚乙烯螺旋波纹管是一种以高密度聚乙烯(PE)为基体(内外层)与表面涂敷粘接树脂钢带复合的缠绕结构壁管。管壁结构由三层构成:内层是一个连续实壁PE内层管,内层管外缠绕有(用钢板成形为“V”型的)环形波状钢带增强体,在波状钢带增强体外复合有聚乙烯的外层,从而复合成整体的螺旋波纹管。其典型的结构如图所示。钢的弹性模量是聚乙烯的近200倍(碳素钢 [2] 的弹性模量在190000 MPa左右),结合金属和塑料的优点显然是达到高刚度低消耗的理想办法,能够将钢材的高刚度、高强度和塑料的耐腐蚀、耐磨损和柔韧性等优良特性**地结合起来,发挥两方面的优点,弥补两方面的缺点,实现高性能和低成本的统一。
密封性
密封性是指元件在一定的内、外压差作用下保证不泄漏的性能。波纹管类组件工作时,内腔充有气体或液体介质,并有一定的压力,因此必须保证密封性。密封性的检测方法有气压密封性试验、渗漏试验、液体加压试验、用肥皂水或氦质谱检漏仪检测。
自振频率
在工业中使用的弹性元件,其工作环境往往都有一定程度的振动,有些元件用作隔振部件.本身就处在振动条件下。对于在特殊条件下应用的弹性元件,必须防止元件的自振频率(特别是基频)与系统中任何一种振动源振频相近,避免发生共振而引起损坏。波纹管类组件在各种领域中得到了广泛的应用,为避免波纹管发生共振面损坏,波纹管的固有频率应低于系统的振动频率,或至少比系统振频高出50%。
使用温度
金属波纹管类组件的使用温度范围很宽,一般都在弹性元件设计制造前给出。有些特殊用途的波纹管,内腔通过液氧(-196℃)或更低温度的液氮,耐压高达25MPa 。管网系统连接用的大型波纹膨胀节(公称直径有时**过lm ),要求承压4MPa,耐温400℃,且有一定的耐腐蚀稳定性。弹性元件的温度适应能力取决于所采用弹性材料的耐温性能。因此根据弹性元件的使用温度范围,选用合适温度性能参数的弹性材料,才能加工制造出合格的波纹管类组件。
残余变形
金属波纹管及其它弹性元件的残余变形是指加载后元件产生位移,而卸载后再经过相当长的一段时间弹性元件仍不能回复到原始位置.产生一个*变形的残留值。元件的残余变形里与使用状态有关。当拉伸(或压缩)的位移里逐渐增大到一定的位移值后,残余变形将显著增加。
残余变形是判定弹性元件变形能力的参数对于弹性敏感元件,如果在达到额定位移值后产生了较大的残余位移,这将影响仪表的测量精度。因此.一般对残余变形量给出一定的界限值。在工程中应用的波纹管类组件(如波纹膨胀节),有时为得到较大的位移,使元件工作在弹塑性区,会出现较大的残余变形。如能满足一定的使用寿命而不失效.这时残余变形量不再考虑