彈性元件下作時有兩種狀態(tài);一種是在一定的載荷和位移情況下工作,并保持載荷、位移始終不變或很少變化,稱為靜態(tài)工作;另一種使用情況是載荷和位移不斷周期往復交替變化.元件處于循環(huán)工作狀態(tài)。由于工作狀態(tài)的不同,元件損壞或失效的模式也不同。儀表彈性敏感元件工作在彈性范圍內,基本上處于靜態(tài)工作狀態(tài),使用壽命很長,一般達到數萬次到數十萬次。工程中應用的波紋管類組件,有時工作在彈塑性范圍或交變應力狀態(tài),壽命只有成百上干次。元件在循環(huán)工作時給定許用工作壽命,規(guī)定循環(huán)次數、時間和頻率。
彈性元件的額定壽命是元件設計時定出的預期使用壽命,要求在這段期間內元件不允許出現(xiàn)疲勞、損壞或失效等現(xiàn)象。
在工業(yè)中使用的彈性元件,其工作環(huán)境往往都有一定程度的振動,有些元件用作隔振部件.本身就處在振動條件下。對于在特殊條件下應用的彈性元件,防止元件的自振頻率(特別是基頻)與系統(tǒng)中任何一種振動源振頻相近,避免發(fā)生共振而引起損壞。波紋管類組件在各種領域中得到了廣泛的應用,為避免波紋管發(fā)生共振面損壞,波紋管的固有頻率應低于系統(tǒng)的振動頻率,或至少比系統(tǒng)振頻高出50%。
金屬波紋管類組件的使用溫度范圍很寬,一般都在彈性元件設計制造前給出。有些特殊用途的波紋管,內腔通過液氧(-196℃)或更低溫度的液氮,耐壓高達25MPa 。管網系統(tǒng)連接用的大型波紋膨脹節(jié)(公稱直徑有時超過lm ),要求承壓4MPa,耐溫400℃,且有一定的耐腐蝕穩(wěn)定性。彈性元件的溫度適應能力取決于所采用彈性材料的耐溫性能。因此根據彈性元件的使用溫度范圍,選用合適溫度性能參數的彈性材料,才能加工制造出合格的波紋管類組件。
金屬波紋管及其它彈性元件在正常工作條件下允許使用的大載荷值或滿量程值。它通常是預期的設計值,或是對產品原型經過實際檢測后再經修定的設計值。具體彈性元件產品在工作中經受瞬間或試驗期間允許超過額定載荷而不發(fā)生損壞、失效、失穩(wěn)時的承載能力。對于儀表彈性敏感元件,一般限定超載能力為額定載荷的125%。在工程中使用的波紋管類組件,一般限定在額定載荷的150%。根據工程要求,當要求大的安全系數時,使用的彈性元件規(guī)定不允許有任何超載,因此載荷小于或等于額定載荷值。
金屬波紋管及其它彈性元件在某一煮上的位移與作用載荷之間的關系稱為彈性特性,而位移和載荷都應存元件材料的彈性范圍內波紋管類組件的彈性特性可以用函數方程、表格與曲線圖等形式表示。其彈性特性取決于各類彈性元件的結構及加載方式。元件的彈性特性可以是線性的或非線性的,非線性還可分為遞增特性和遞減特性兩種。
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大應力點的應力不超過材料的屈服強度,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(wěn)定性要好,所以,受外壓作用時的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(xiàn)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。
波紋管的壽命是在工作條件下使用時,能正常工作的短工作期限或循環(huán)次數。用波紋管組成的彈性密封系統(tǒng),經常在承受較多循環(huán)次數的變動載荷和較大位移的條件下工作,因此確定波紋管的使用壽命,具有重要意義。因為波紋管的作用不同,對其使用壽命的要求也不一樣。
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(xiàn)。在一般設計中規(guī)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。