
波紋管的應力計算
金屬波紋管作為彈性密封零件,**要滿足強度條件,即其較大應力不**過給定條件下的許用應力。許用應力可由極限應力除以*系數得出。根據波紋管的工作條件和對它的使用要求,極限應力可以是屈服強度,也可以是波紋管失穩時的臨界應力,或者是疲勞強度等。要計算波紋管較*作應力**分析波紋管管壁中的應力分布。
波紋管上的應力是由系統中的壓力和波紋管變形所產生的。壓力在波紋管上產生環(周向)應力,而在波的側壁、波谷和波峰處產生徑向的薄膜和彎曲應力。不能抗彎的薄殼有時稱為薄膜,忽略彎曲而算得的應力則稱為薄膜應力。波紋管變形時產生徑向薄膜應力和彎曲應力。波紋管在工作時,有的承受內壓,有的承受外壓,例如波紋膨脹節和金屬軟管在多數情況下其波紋管承受內壓,而用于閥門閥桿密封的波紋管一般情況下承受外壓在這里主要分析波紋管承受內壓時的應力,波紋管承受外壓的能力一般情況下**耐內壓能力。隨著波紋管的廣泛應用,人們對波紋管的應力進行大量的分析研究和實驗驗證工作,提出了許多供工程設計使用的計算公式、計算程序和圖表。但是,有的方法由于圖表或程序繁復使用不方便,有的方法假設條件不是過于簡化就是過于理想,難以**使用上的***,不少方法未能為工程界所接受。因此,真正符合實用要求的方法為數不多。
波紋管在工作過程中,其壽命長短主要取決于工作過程中產生的較大應力。為了降低應力,一般通過減少波紋管的工作位移和降低工作壓力來實現。在一般設計中規定波紋管的工作位移應小于它的允許位移的一半,它的工作壓力應小于波紋管的耐壓力的一半。
對生產的波紋管進行試驗證明,如果波紋管按上述規范工作,它的便用壽命基本土可達到5萬次左右。
根據工作壓力性質的不同,波紋管的允許位移也有所區別一般波紋管只承受軸向載荷(拉力或壓力)時,它的允許位移可在波紋管有效長度的10%~40%之間選用;而在波紋管承受橫向集中力、扭轉力矩或綜合受力時,波紋管的允許位移應適當減小。
應用多層波紋管可以降低剛度和變形引起的應力,因而可以在很大程度上提高波紋管的壽命。
波紋管在其它情況相同而工作壓力性質(恒定或交變載荷)不同的條件下工作時,其使用壽命將有差別。顯然,在交變載荷下工作時,波紋管的壽命比恒定載荷下工作時要短一些。
金屬波紋管及彈性元件中某一特**(自由端或中心)的位置變化。按照其運動軌跡,可分為線位移和角位移。在外界載荷作用下,金屬波紋管可能產生軸向位移、角向位侈及橫向位移。
金屬波紋管及彈性元件在額定載荷作用下所引起的位移值,也就是它們在正常使用條件下允許產生的工作位移。
各類彈性元件在工作瞬間或試驗期間允許**過額定位移的承受能力。在發生**載位移時,彈性元件不應發生損壞、失效、失穩等情況。對于儀表彈性敏感元件,**載位移一般限定在額定位移的125%,工程中使用的波紋管類組件,應根據工程條件和*程度確定。
耐壓力是波紋管性能的一個重要參數。波紋管在常溫時,波形上不發生塑性變形所能承受的較大靜壓力,即為波紋管的較大耐壓力在一般情況下,波紋管是在一定的壓力(內壓或外壓)下工作的,所以它在整個工作過程中**承受這個壓力而不產生塑性變形。
波紋管的耐壓力實際上屬于波紋管的強度范疇。計算的關鍵是應力分析,也就是分析波紋管管壁上的應力只要波紋管管壁上較大應力點的應力不**過材料的屈服強度,波紋管所受的壓力就不會達到其耐壓力。
同一波紋管在其它工作條件相同時,受外壓比受內壓時的穩定性要好,所以,受外壓作用時的較大耐壓力比受內壓時高。
當波紋管兩端固定,如果在其內腔通入足夠大的壓力時,波紋管波峰處有可能爆破損壞。波紋管開始出現爆破時波紋管內部的壓力值稱為爆破壓力。爆破壓力是表征波紋管較大耐壓強度的參數。波紋管在整個工作過程中,其工作壓力遠小于爆破壓力,否則波紋管將破裂損壞。
當波紋長度小于或等于外徑時,其計算結果和實際爆破壓力很接近;對細長型波紋管其實際爆破壓力要低很多。爆破壓力大約為允許工作壓力的3~10倍。
性能指標編輯
剛度
使金屬波紋管或其它彈性元件產生單位位移所需要的載荷值稱為元件的剛度,一般用“K”表示。如果元件的彈性特性是非線性的,則剛度不再是常數,而是隨著載荷的增大發生變化。一般工程用的波紋管類彈性元件,剛度允差可限定在+/-50%之內。波紋管的剛度按照載荷及位移性質不同,分為軸向剛度、彎曲剛度、扭轉剛度等。在波紋管的應用中,絕大多數的受力情況是軸向載荷,位移方式為線位移。以下是幾種主要的波紋管軸向剛度設計計算方法:
1.能量法計算波紋管剛度
2.經驗公式計算波紋管剛度
3.數值法計算波紋管剛度
4.EJMA?標準的剛度計算方法
5.日本TOYO?計算剛度方法
6.美國KELLOGG(新法)計算剛度方法