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金属波纹管的研究现状和发展展望

时间:2018-02-01   来源:金属波纹管行业   作者:金属波纹管分析   点击:

  金属波纹管是一种带横向波纹的圆柱形薄壁弹性壳体,其生产历史已有一百多年。直到第二次世界大战时期,才用作仪器、仪表的弹性敏感元件和各类管道的联结元件,现已广泛用于矿山、石油、化工、冶金、电力、热力、航海、航天等工程设备中,起密封、吸振、降噪、储能、热补偿和介质隔离作用。

  

金属波纹管的研究现状

  金属波纹管的主要性能是其柔性,但其柔性受到其强度和稳定性的限制。为了保证金属波纹管的耐压力,可增加其壁厚,但柔性随之降低,达不到补偿位移、吸振降噪的作用;若通过增加波数来增加柔性,则面临柱失稳问题;若通过增加波高来增加柔性,则导致应力幅值提高,强度削弱,疲劳寿命降低,还存在平面失稳问题。

金属波纹管的研究现状和发展展望

  在进行理论研究的同时,实验室实验被用于研究金属波纹管的性能和可靠性,常见的有内压实验,外压实验和振动实验等。内压实验是将试件两端密封,并轴向限位一端连接压力表,一端连接试压泵,通过试压泵缓慢给试件升压,直至扭曲,可测出此时的临界压力。外压实验也是将试件两端密封,并轴向限位,不同的是一端连接真空表,一端连接真空泵,通过真空泵缓慢给试件抽负压直至试件失效变形(压扁),测出此时的临界压力

  

金属波纹管的发展展望

  虽然对金属波纹管设计研究已经取得了长足进展,但还有许多内容有待进一步深入研究。

  在工程设计中,对于金属波纹管的轴向屈曲一般按整体抗弯刚度相等的原则将金属波纹管等效成柱进行计算;对于金属波纹管的环向屈曲则采用曲梁模型(一段带刚度的子午线),按曲梁产生“塑性铰”的条件确定环向屈曲的临界压力。除此之外未见有更精确的理论分析。迄今为止,对金属波纹管屈曲机理的认识、对失稳临界压力的计算远未达到令人满意的程度。

  多层金属波纹管层间接触状况较为复杂,用非线性有限元模拟其载荷—响应状况尚有一定难度。深入研究多层金属波纹管层间接触状况,建立合理的非线性计算模型,并通过试验验证提出合理的设计方法是今后金属波纹管研究的重要内容之一。

  加强对内压轴向循环压缩位移组合工况下金属波纹管平面稳定性试验研究,并采用数值计算方法作深入探讨,以建立适合于工程使用的判定方法,是今后金属波纹管平面稳定性研究的重要内容。

  虽然金属波纹管的静动力分析已有大量研究成果,但由于问题的复杂性,对诸如石油储运中广泛出现的金属波纹管抗震分析及金属波纹管与内部流体动力耦合等问题,却基本无人问津。在高温、高压、腐蚀等特殊工况下,对金属波纹管的静力特性、动力特性问题的研究,大多处于经验或试验阶段,理论成果较少;在高温、低温或随机振动环境下,金属波纹管的疲劳寿命问题、应力腐蚀问题也还在探讨阶段。

  目前对金属波纹管的特征值分析,少量的研究也仅给出 型金属波纹管轴对称振动的固有频率,目前尚未见到对 型金属波纹管特征值分析的报道。

  金属波纹管主要起连接和补偿作用,可以补偿轴向、横向、弯曲、角向位移等等,但有时会既需要它这种良好的位移补偿作用,又需要承受一定量的扭矩,开展对金属波纹管的扭转失稳研究是非常必要的,国内这方面的理论研究和试验资料均相当有限。

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