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(shí)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(shí)產(chǎn)生徑向薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。波紋管在工作時(shí),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(mén)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(shí)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(duì)波紋管的應(yīng)力進(jìn)行大量的分析研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作,提出了許多供工程設(shè)計(jì)使用的計(jì)算公式、計(jì)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(guò)于簡(jiǎn)化就是過(guò)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。
彈性元件下作時(shí)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(zhǎng),一般達(dá)到數(shù)萬(wàn)次到數(shù)十萬(wàn)次。工程中應(yīng)用的波紋管類組件,有時(shí)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(shí)給定許用工作壽命,規(guī)定循環(huán)次數(shù)、時(shí)間和頻率。
彈性元件的額定壽命是元件設(shè)計(jì)時(shí)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。
密封性是指元件在一定的內(nèi)、外壓差作用下不泄漏的性能。波紋管類組件工作時(shí),內(nèi)腔充有氣體或液體介質(zhì),并有一定的壓力,因此密封性。密封性的檢測(cè)方法有氣壓密封性試驗(yàn)、滲漏試驗(yàn)、液體加壓試驗(yàn)、用肥皂水或氦質(zhì)譜檢漏儀檢測(cè)。
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(shí),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(duì)于壓力載荷,還要說(shuō)明彈性元件是承受內(nèi)腔壓力或外腔壓力。
金屬波紋管及其它彈性元件在正常工作條件下允許使用的大載荷值或滿量程值。它通常是預(yù)期的設(shè)計(jì)值,或是對(duì)產(chǎn)品原型經(jīng)過(guò)實(shí)際檢測(cè)后再經(jīng)修定的設(shè)計(jì)值。具體彈性元件產(chǎn)品在工作中經(jīng)受瞬間或試驗(yàn)期間允許超過(guò)額定載荷而不發(fā)生損壞、失效、失穩(wěn)時(shí)的承載能力。對(duì)于儀表彈性敏感元件,一般限定超載能力為額定載荷的125%。在工程中使用的波紋管類組件,一般限定在額定載荷的150%。根據(jù)工程要求,當(dāng)要求大的安全系數(shù)時(shí),使用的彈性元件規(guī)定不允許有任何超載,因此載荷小于或等于額定載荷值。
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(shí),波紋管波峰處有可能爆破損壞。波紋管開(kāi)始出現(xiàn)爆破時(shí)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(gè)工作過(guò)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。
波紋管的壽命是在工作條件下使用時(shí),能正常工作的短工作期限或循環(huán)次數(shù)。用波紋管組成的彈性密封系統(tǒng),經(jīng)常在承受較多循環(huán)次數(shù)的變動(dòng)載荷和較大位移的條件下工作,因此確定波紋管的使用壽命,具有重要意義。因?yàn)椴y管的作用不同,對(duì)其使用壽命的要求也不一樣。
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(shí)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(shí)的位移、壓力、溫度、工作介質(zhì)、振動(dòng)條件、頻率范圍、沖擊條件等。
波紋管在工作過(guò)程中,其壽命長(zhǎng)短主要取決于工作過(guò)程中產(chǎn)生的大應(yīng)力。為了降低應(yīng)力,一般通過(guò)減少波紋管的工作位移和降低工作壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一般設(shè)計(jì)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。