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预应力波纹管应力的两种计算方式

预应力波纹管应力的两种计算方式

 预应力波纹管上的应力是由系统中的压力和预应力波纹管变形所产生的。压力在预应力波纹管上产生环(周向)应力,而在波的侧壁、波谷和波峰处产生径向的薄膜和弯曲应力。不能抗弯的薄壳有时称为薄膜,忽略弯曲而算得的应力则称为薄膜应力。预应力波纹管变形时产生径向薄膜应力和弯曲应力。

  预应力波纹管在工作时,有的承受内压,有的承受外压,例如波纹膨胀节和金属软管在多数情况下其预应力波纹管承受内压,而用于阀门阀杆密封的预应力波纹管一般情况下承受外压在这里主要分析预应力波纹管承受内压时的应力,预应力波纹管承受外压的能力一般情况下高于耐内压能力。

预应力波纹管

  随着预应力波纹管的广泛应用,人们对预应力波纹管的应力进行大量的分析研究和实验验证工作,提出了许多供工程设计使用的计算公式、计算程序和图表。但是,有的方法由于图表或程序繁复使用不方便,有的方法假设条件不是过于简化就是过于理想,难以保证使用上的安全可靠,不少方法未能为工程界所接受。因此,真正符合实用要求的方法为数不多。应用比较普遍的方法有如下两种:

 1.数值法计算预应力波纹管应力

 假定预应力波纹管的全部波纹都处于同一条件下,在计算时只研究预应力波纹管波纹的单个半波。这样,在研究中就不考虑端部波纹,虽然端部波纹的边界条件与中间波纹有所不同。数值法是根据E.列斯涅尔对于变壁厚回转薄壳产生轴向对称变形时所列的非线性方程来解的。在推导E.列斯涅尔方程时,应用了薄壳理论的一般假定,其中包括:与环壳曲率主半径相比厚度很小的假定;材料的均一性和各向同性的假定。采用上述假定也会给计算带来一定的误差。因为在制造预应力波纹管时,管坯的轧制,拉深和随后的波纹塑性成形会造成材料力学性能上的各向异性和不均匀性。

预应力波纹管

 2.美国EJMA应力计算方法

 预应力波纹管的有效面积计算

 有效面积是预应力波纹管的基本性能参数之一,它表征预应力波纹管将压力转换为集中力的能力,在利用预应力波纹管把压力变成集中力输出的场合,有效面积就是一个重要参数。

预应力波纹管用于力平衡式仪表时,其有效面积的稳定性会直接影响着仪表的精度。所以在这种场合不但要求预应力波纹管具有合理的有效面积,而且还要求有效面积在工作过程中不随工作条件而变化。

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