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金屬波紋管，或稱金屬波紋管，是一種撓性薄壁管件，具有橫向波紋，在外力和力矩的作用下，可吸收軸向、角向、側(cè)向及其組合位移。該波紋管除具有彈性特性外，還具有耐壓、密封、耐腐蝕、耐溫度、耐沖擊等諸多性能，是目前在機(jī)械、汽車、石油化工、水泥等行業(yè)中廣泛使用的多功能零件。采用 U形波紋管的金屬波紋管具有多種結(jié)構(gòu)形式。“U”形金屬波紋管是由環(huán)板和具有正負(fù)高斯曲率的半圓環(huán)殼組成，在管道系統(tǒng)中經(jīng)常用作位移補(bǔ)償元件來(lái)補(bǔ)償熱膨脹冷縮、地基不均勻沉降和安裝誤差等因素造成的管道位移。因?yàn)楣艿垒斔偷慕橘|(zhì)有一定的壓力，所以波紋管除受管道位移的影響外，還承受介質(zhì)壓力。
主要有三種計(jì)算方法：解析法、工程設(shè)計(jì)法和有限元法。70年代以前，金屬波紋管結(jié)構(gòu)分析多采用解析法，其基本思想是：根據(jù)近似簡(jiǎn)單梁、近似圓柱體、近似殼體等假設(shè)，從材料力學(xué)理論出發(fā)，對(duì)波紋管殼體進(jìn)行應(yīng)力-應(yīng)變分析。但是，由于波紋管本身是一個(gè)較為復(fù)雜的軸對(duì)稱薄壁殼，在大多數(shù)情況下材料都處于塑性大變形范圍內(nèi)，因此，在波紋管材料的實(shí)際響應(yīng)和解析解之間存在很大的誤差。本文的分析方法在業(yè)界應(yīng)用較少。
為滿足工程設(shè)計(jì)的需要，本文介紹了工程設(shè)計(jì)法，其主要思想是在解析法所知的近似解的基礎(chǔ)上，引出以圖形式表示的修正系數(shù)，經(jīng)近似修正后，得到簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)計(jì)算公
式，并應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)中。國(guó)內(nèi)比較有影響的工程設(shè)計(jì)方法是美國(guó)膨脹節(jié)制造者協(xié)會(huì)(EJMA)的標(biāo)準(zhǔn)公式，它對(duì)波紋管進(jìn)行應(yīng)力分析時(shí)，假設(shè)條件比較合理，并對(duì)實(shí)際影響因素進(jìn)行了修正，所以計(jì)算結(jié)構(gòu)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較接近，國(guó)內(nèi)相關(guān)波紋管標(biāo)準(zhǔn)多采用 EJMA標(biāo)準(zhǔn)中的公式。目前石油石化、水泥等行業(yè)廣泛使用特種波紋管，但工程設(shè)計(jì)方法難以滿足波紋管在復(fù)雜環(huán)境下的設(shè)計(jì)要求，需要采用設(shè)計(jì)計(jì)算方法。
近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和計(jì)算數(shù)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有限元法被用于波紋管的數(shù)值分析。FEM法的基本思想是把波紋管本體離散化，劃分為若干單元，通過原理建立以結(jié)點(diǎn)位移為基本未知量的代數(shù)方程組，通過解結(jié)點(diǎn)位移，求出應(yīng)變和應(yīng)力，從而對(duì)波紋管進(jìn)行綜合性能分析。