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(shí)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(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,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(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(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)的振動頻率,或至少比系統(tǒng)振頻高出50%。
波紋管的耐壓力實(shí)際上屬于波紋管的強(qiáng)度范疇。計算的關(guān)鍵是應(yīng)力分析,也就是分析波紋管管壁上的應(yīng)力只要波紋管管壁上大應(yīng)力點(diǎn)的應(yīng)力不超過材料的屈服強(qiáng)度,波紋管所受的壓力就不會達(dá)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(nèi)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(nèi)壓時高。
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。
波紋管位移與零位偏移之間的關(guān)系,無論拉伸還是壓縮位移,在波紋管位移的起始階段,它的殘余變形量都很小,一般都小于波紋管標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的允許零位偏移值。但是,當(dāng)拉伸(或壓縮)位移量逐漸增大到超過一定的位移值后,會引起零位偏移值的突然增大,這表示波紋管產(chǎn)生比較大的殘余變形,在這之后.如果再增大一點(diǎn)位移量,殘余變形將顯著增加。所以波紋管一般不應(yīng)超過這個位移量,不然將會嚴(yán)重的降低其精度、穩(wěn)定性和可靠性以及使用壽命。
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(chǎn)生的大應(yīng)力。為了降低應(yīng)力,一般通過減少波紋管的工作位移和降低工作壓力來實(shí)現(xiàn)。在一般設(shè)計中規(guī)定波紋管的工作位移應(yīng)小于它的允許位移的一半,它的工作壓力應(yīng)小于波紋管的耐壓力的一半。