波紋管上的應(yīng)力是由系統(tǒng)中的壓力和波紋管變形所產(chǎn)生的。壓力在波紋管上產(chǎn)生環(huán)(周向)應(yīng)力,而在波的側(cè)壁、波谷和波峰處產(chǎn)生徑向的薄膜和彎曲應(yīng)力。不能抗彎的薄殼有時(shí)稱(chēng)為薄膜,忽略彎曲而算得的應(yīng)力則稱(chēng)為薄膜應(yīng)力。波紋管變形時(shí)產(chǎn)生徑向薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。波紋管在工作時(shí),有的承受內(nèi)壓,有的承受外壓,例如波紋膨脹節(jié)和金屬軟管在多數(shù)情況下其波紋管承受內(nèi)壓,而用于閥門(mén)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(nèi)壓時(shí)的應(yīng)力,波紋管承受外壓的能力一般情況下耐內(nèi)壓能力。隨著波紋管的廣泛應(yīng)用,人們對(duì)波紋管的應(yīng)力進(jìn)行大量的分析研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作,提出了許多供工程設(shè)計(jì)使用的計(jì)算公式、計(jì)算程序和圖表。但是,有的方法由于圖表或程序繁復(fù)使用不方便,有的方法假設(shè)條件不是過(guò)于簡(jiǎn)化就是過(guò)于理想,難以使用上的安全可靠,不少方法未能為工程界所接受。因此,真正符合實(shí)用要求的方法為數(shù)不多。
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(dòng),有些元件用作隔振部件.本身就處在振動(dòng)條件下。對(duì)于在特殊條件下應(yīng)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(dòng)源振頻相近,避免發(fā)生共振而引起損壞。波紋管類(lèi)組件在各種領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用,為避免波紋管發(fā)生共振面損壞,波紋管的固有頻率應(yīng)低于系統(tǒng)的振動(dòng)頻率,或至少比系統(tǒng)振頻高出50%。
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(yù)期的設(shè)計(jì)值,或是對(duì)產(chǎn)品原型經(jīng)過(guò)實(shí)際檢測(cè)后再經(jīng)修定的設(shè)計(jì)值。具體彈性元件產(chǎn)品在工作中經(jīng)受瞬間或試驗(yàn)期間允許超過(guò)額定載荷而不發(fā)生損壞、失效、失穩(wěn)時(shí)的承載能力。對(duì)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(lèi)組件,一般限定在額定載荷的150%。根據(jù)工程要求,當(dāng)要求大的安全系數(shù)時(shí),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。
耐壓力是波紋管性能的一個(gè)重要參數(shù)。波紋管在常溫時(shí),波形上不發(fā)生塑性變形所能承受的大靜壓力,即為波紋管的大耐壓力在一般情況下,波紋管是在一定的壓力(內(nèi)壓或外壓)下工作的,所以它在整個(gè)工作過(guò)程中承受這個(gè)壓力而不產(chǎn)生塑性變形。
由于使用條件不同,波紋管要求的使用壽命相差很大。波紋管壽命與所選用材料的疲勞特性有關(guān),同時(shí)也取決于成形波紋管的殘余應(yīng)力的大小、應(yīng)力集中的情況和波紋管的表面質(zhì)量等。此外,使用壽命與波紋管的工作條件有關(guān)。例如:波紋管工作時(shí)的位移、壓力、溫度、工作介質(zhì)、振動(dòng)條件、頻率范圍、沖擊條件等。
應(yīng)用多層波紋管可以降低剛度和變形引起的應(yīng)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(zhì)(恒定或交變載荷)不同的條件下工作時(shí),其使用壽命將有差別。顯然,在交變載荷下工作時(shí),波紋管的壽命比恒定載荷下工作時(shí)要短一些。