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。
各類彈性元件在工作瞬間或試驗期間允許超過額定位移的承受能力。在發(fā)生超載位移時,彈性元件不應(yīng)發(fā)生損壞、失效、失穩(wěn)等情況。對于儀表彈性敏感元件,超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(yīng)根據(jù)工程條件和安全程度確定。
當(dāng)波紋管兩端固定,如果在其內(nèi)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(nèi)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(qiáng)度的參數(shù)。波紋管在整個工作過程中,其工作壓力遠(yuǎn)小于爆破壓力,否則波紋管將破裂損壞。
波紋管在壓縮狀態(tài)下工作時的允許壓縮位移量比工作在拉伸狀態(tài)下的允許拉伸位移量要大一些,所以在設(shè)計波紋管時應(yīng)盡可能讓波紋管在壓縮狀態(tài)下工作。通過實驗發(fā)現(xiàn),在一般情況下,同一材料、同一規(guī)格的波紋管,其允許的壓縮位移是允許的拉伸位移的1.5倍。
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