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稱為薄膜,忽略彎曲而算得的應(yīng)力則稱為薄膜應(yīng)力。波紋管變形時產(chǎn)生徑向薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。波紋管在工作時,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,人們對波紋管的應(yīng)力進(jìn)行大量的分析研究和實驗驗證工作,提出了許多供工程設(shè)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(fù)使用不方便,有的方法假設(shè)條件不是過于簡化就是過于理想,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,真正符合實用要求的方法為數(shù)不多。
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(fù)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(nèi),基本上處于靜態(tài)工作狀態(tài),使用壽命很長,一般達(dá)到數(shù)萬次到數(shù)十萬次。工程中應(yīng)用的波紋管類組件,有時工作在彈塑性范圍或交變應(yīng)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(shù)、時間和頻率。
彈性元件的額定壽命是元件設(shè)計時定出的預(yù)期使用壽命,要求在這段期間內(nèi)元件不允許出現(xiàn)疲勞、損壞或失效等現(xiàn)象。
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(shè)計制造前給出。有些特殊用途的波紋管,內(nèi)腔通過液氧(-196℃)或更低溫度的液氮,耐壓高達(dá)25MPa 。管網(wǎng)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(yīng)能力取決于所采用彈性材料的耐溫性能。因此根據(jù)彈性元件的使用溫度范圍,選用合適溫度性能參數(shù)的彈性材料,才能加工制造出合格的波紋管類組件。
作用在金屬波紋管及其它彈性元件上的各種預(yù)期的負(fù)荷值,如集中力F、壓力p 和力矩M 等。在金屬波紋管類彈性元件使用時,除給定施加的載荷值外,還須給定載荷的作用方向及作用位置。對于壓力載荷,還要說明彈性元件是承受內(nèi)腔壓力或外腔壓力。
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(chǎn)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(chǎn)生的工作位移。
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(guān)系稱為彈性特性,而位移和載荷都應(yīng)存元件材料的彈性范圍內(nèi)波紋管類組件的彈性特性可以用函數(shù)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(jié)構(gòu)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。
耐壓力是波紋管性能的一個重要參數(shù)。波紋管在常溫時,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,所以它在整個工作過程中承受這個壓力而不產(chǎn)生塑性變形。
對于工作在壓縮狀態(tài)的波紋管,它的大壓縮位移是:波紋管在壓力作用下,壓縮到波紋之間相互彼此接觸時所能產(chǎn)生的大位移值,也稱為結(jié)構(gòu)允許大位移,它等于波紋管自由長度與大壓縮長度之差。波紋管不產(chǎn)生塑性變形情況下所能獲得的大位移稱為波紋管的允許位移。
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:波紋管工作時的位移、壓力、溫度、工作介質(zhì)、振動條件、頻率范圍、沖擊條件等。
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