金屬波紋管是現代受熱管網和設備（bèi）進行熱補償的關鍵部件之一,具有位移補償,減（jiǎn）振降噪和（hé）密封的作用.目前已廣泛（fàn）應用於冶金,煉油,石油化工（gōng）,電（diàn）力(火電,水電和核（hé）電),熱網,船舶,建築,水泥,宇航和機械等各工業部門的熱力管線,工藝配（pèi）管,機,泵和壓力容器等設備上（shàng）.
金屬波紋管（guǎn）是現代受熱管網和設備進行熱補償的（de）關鍵部件之一，具有位移補償、減振降噪和密封的作用。目前已廣（guǎng）泛應用於冶金、煉油、石油化工、電力(火電、水電和核電)、熱網、船舶、建築、水泥、宇航和機械等各工業部門的熱力管線、工（gōng）藝配管、機、泵（bèng）和壓力容器等（děng）設備上。
1金（jīn）屬波紋管設計研究
膨脹節由（yóu）波紋管和其它零件組成，其中波紋管是組成膨脹節的基本元件，它是一柔性件，膨脹節（jiē）的補償性能主要由它決定，因而波（bō）紋管（guǎn）的設計研究是（shì）膨脹節（jiē）設計研究的關鍵內（nèi）容。
1.1波紋管的特點
波紋管是一薄壁撓性元件，在內壓作用下要吸收(補償)熱（rè）膨（péng）脹或機械運動引起的位移，要能充分地變形;它的成（chéng）形（xíng）過程會導致波殼材料金相（xiàng）組（zǔ）織顯著的改變;它（tā）的應力分布（bù）比_複雜，其中子午向彎（wān）應力是其應力（lì）的主要部分;它的側壁（bì）在內壓作用下（xià）有鼓脹、屈服情況。因此，波（bō）紋管（guǎn）的設計規則不能用（yòng）傳統的剛性壓力容器（qì）的設計概念，有一套特殊的設計概念和方法。
1.2波紋管的設計（jì）研究（jiū）方法
波紋管的設計研究方法主（zhǔ）要有解析法、數值法（fǎ）和工程（chéng）近似（sì）法三種。
(1) 解析法把波紋管看成由兩個半圓環殼與圓環板組（zǔ）合而成，將其求解問題看成圓環殼（ké）與圖環板的（de）求解問題（tí），利用圓（yuán）環殼和圓環（huán）板的線性理論，把圓（yuán）環殼和圓（yuán）環板（bǎn）的有關方程代入連接條件（jiàn），得到一係列（liè）的方程，通過聯立（lì）求解，得到u形波紋管在軸向自由位移與內壓下的（de）一（yī）係列剛度及彎曲應（yīng）力曲線和公式（shì），並將其結果作實驗比（bǐ）_。錢偉（wěi）長121從Reissner-Meissner軸對稱（chēng）殼方（fāng）程出發，提出了（le）細環殼（ké）的一般（bān）解，並利用這一般（bān）解將u形波紋管單元按正負兩個細環殼處理，對其在軸向力和（hé）內（nèi）壓作用下的變形和（hé）應力分布進行係統的計算，提出了工程設計公式。陳山林l將（jiāng）上述方法進一步推廣，給出環殼一般軸對稱（chēng）問題的解，這種方法（fǎ）可以解決波紋管在任意載荷作用下的軸對稱環殼問題。朱衛平等從E. L. Axelrad的柔性殼理論出發，得到了邊緣在子午麵內受（shòu）彎矩（jǔ）和橫向力作用下的柔（róu）性圓環殼方程和（hé）柔性細（xì）環殼方程（chéng），並借助錢偉長的細（xì）環殼一般解給出了柔性細環殼在子午麵內整體彎（wān）曲的（de）一般解，該一般解可以方便地用於有關波紋管的計（jì）算。
由於工業上的波（bō）紋管多采用銅、不鏽鋼等材料製成，在一般彈性（xìng）範圍內可以達到很大的位移（yí），呈現出_強的非線性。基於這一原因（yīn），在（zài）很多可靠性要求比（bǐ）_高的管道係統設計中，還需對波紋管（guǎn）進行嚴格的非線性（xìng）分（fèn）析。因而，探（tàn）討波紋管的幾（jǐ）何非線性特性，具有重要的（de）實際（jì）意義。錢偉長（zhǎng）等切利用（yòng）解析法與攝動法相結合的方法，分析了u形波（bō）紋管的大撓度問題.徐誌翹等U采用攝動（dòng）法對變（biàn）厚度u形波紋管的大（dà）撓度問題進行了研究。Hu Liang的u形波紋管非線性（xìng）攝動解，擴展了錢（qián）偉長和徐誌翅的研究。
波紋管分析的解析法（fǎ）要受到波形的限製，計算冗長複（fù）雜，但它是波（bō）紋管應力分析的力學基礎（chǔ）。
(2 )數值法它是（shì）伴隨著計算機和計算（suàn）數學的發展而產生的，主要（yào）有有限差分法和有限元法等。有限元法是工程數值（zhí）分析的有力工具（jù），它在波紋管的（de）設計計算中己得到了廣（guǎng）泛應用。有限元法將波紋管本體（tǐ）離散化，分割成若幹個(有限的)單（dān）元，同時也將外載荷離散化，通過能>t原（yuán）理（lǐ），建立起（qǐ）以節點位移為墓本未知盆的代數方程組，通過求解節（jiē）點位移，進而求出應變和應力.有限元法可以一次算出多種工況下的（de）波紋管的位移和應力分布，便於設計者（zhě）進行應力和（hé）總體分析。
TsukimoriK 和IwataK 采用通用非線性結構（gòu）有限元分析軟件FINAS，研究了u形波紋管在內壓及外壓作用下的屈曲問題，使用三結點軸對（duì）稱旋轉殼單元，子午向及環向位移（yí）采用二次多項式插，法向位移采用四次多（duō）項式插值，將所（suǒ）分析的問題變為特征值問題（tí），應（yīng）用FINAS中的子空間迭代法（fǎ）給出了波紋管柱失稱和平麵失穩的臨界壓力”.。朱益民（mín）等1峽用（yòng）三結點曲邊（biān）單元、位移及轉角（jiǎo）在體坐標下獨立插值的方法研究波紋管在小應變、小位（wèi）移假設下的軸對（duì）稱振動時的自振（zhèn）頻率，與實際悄況_為接近。許誌興等陰將墓於有限元的周部應力— 應變（biàn）法應用於波紋管膝脹節的疲勞壽命分析和估算，得到很好的（de）預（yù）測（cè）結果.劉穎（yǐng）等131用有限元方（fāng）法分析波紋管的應力強度分布（bù）規律，能很好地進行波紋管（guǎn）的事故預測和應力評（píng）定（dìng）。陳嘩等141采用非（fēi）線性有限元對u形無加強型（xíng）波紋管在不同平麵失穩工況下的應力響應進行了分析，建立了適合於（yú）工程使用的判（pàn）定方法。
有限元法（fǎ）用於波紋管的分析，_之解析法可不（bú）受波紋管波形（xíng）的（de）限製，計算穩定，但（dàn）它不能為膨脹節的設計和選用人員提供一個既簡潔方便，又能滿足工程精度的設計公式。
(3) 工程（chéng）近似（sì）法它是一種實用、簡（jiǎn）便的設計（jì）方法，很受設計人員歡迎。這種方法大多采用直梁、曲梁或（huò）環板模型對波紋管進行簡化處理，然後應（yīng）用材料力學的方法給出一些簡單的設計公式和圖表以供工程使用。
