金屬波紋管是現代受熱管網和設備進行熱補償的關鍵（jiàn）部件（jiàn）之一,具有位移補償,減振降噪和密封（fēng）的作用.目前已廣泛應用於冶金,煉（liàn）油,石油化工,電力(火電,水電和核電),熱網,船舶,建築,水泥,宇（yǔ）航和機械（xiè）等各工業部門的熱力管線,工藝配管,機,泵和壓力容器等設備上.
金屬波（bō）紋管是現代（dài）受熱管網和設備進行熱補償的關鍵部件之一，具有位移補償、減振降噪和密封的作用。目（mù）前已廣泛應用於冶金（jīn）、煉油、石油化工、電力(火電、水電和核（hé）電)、熱網、船舶、建築、水泥（ní）、宇航和機械等各（gè）工（gōng）業部門的熱力管線、工藝配管、機、泵和壓力容器等設（shè）備（bèi）上。
1金屬波紋管設計研究
膨脹節由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（yuán）件，它是一柔性件，膨脹節的補償性（xìng）能主（zhǔ）要由它決定，因而波紋管的設計研究是膨脹節設計研究（jiū）的關鍵內容。
1.1波紋管（guǎn）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)熱膨脹或機械運動引起的位移，要能充分地變形;它的（de）成形過程會（huì）導致波殼材料金相組（zǔ）織顯著的改變;它（tā）的（de）應力（lì）分布比較複雜，其中子午向彎應力是其應力的主要部分;它的側壁在內壓作用下有（yǒu）鼓（gǔ）脹、屈服情況。因此，波紋管的設計規則不能用傳統的剛性壓力容器的設計概念，有一套特殊的設計概念和方法。
1.2波紋管的設計研究方法
波紋管的設計研究方法主要有解析法、數值法和工程近似法三種。
(1) 解析法把波紋管看成由兩個半圓環殼（ké）與圓環板組合而成，將其求解問題看成圓環殼與圖環板的求解問題，利用圓環（huán）殼和（hé）圓環板的線性理論，把圓環殼和圓環板的有（yǒu）關方程代入連接條件，得到一係列（liè）的方程，通過聯立求解，得（dé）到（dào）u形波紋管在軸向自由位移與內壓下的一係列剛度及彎曲應力曲線和公式，並將其結果作（zuò）實驗比較。錢偉長121從（cóng）Reissner-Meissner軸對稱殼方程出（chū）發，提出了細環殼的一般解，並利用這一般解將u形波紋管單元按正負兩個細環殼處理，對其在軸向力和內壓作用下的變（biàn）形和應力分布（bù）進行係統的計算，提出了工程設（shè）計公式。陳山林l將上述方法進一步推廣，給出環殼一般軸對稱問題的解，這種方法可以解決波紋管在任（rèn）意載荷（hé）作用下的軸對稱環殼問（wèn）題。朱衛平等從E. L. Axelrad的（de）柔性殼（ké）理論出發，得到了邊緣在子午麵內受彎（wān）矩和橫向力（lì）作用下（xià）的（de）柔性圓環殼方程（chéng）和柔性細環殼方程，並借助（zhù）錢偉長的細環殼（ké）一（yī）般（bān）解給出了柔性細環殼在子（zǐ）午麵內整體彎曲的一般解，該一般解可以方便地用（yòng）於有關波紋管的（de）計算。
由（yóu）於工業上（shàng）的波紋管多采用銅、不鏽鋼等材料（liào）製成，在一般彈性範圍內可以達到很大的位移，呈現出較強的非線性。基於這一原因（yīn），在很多可靠性要求比較高的（de）管道係統設計（jì）中，還需對波紋管進（jìn）行嚴格的非（fēi）線性（xìng）分析。因而，探討波紋管的幾何非線（xiàn）性特性，具（jù）有重要的實際意義。錢偉長等切利用（yòng）解析法與攝動法相結合（hé）的方法，分析（xī）了u形波紋管的大撓度問題.徐誌翹等U采用攝動法對變厚（hòu）度（dù）u形波（bō）紋管的大（dà）撓度問題進行（háng）了研究。Hu Liang的u形波紋管非（fēi）線性攝動（dòng）解，擴展了錢偉長和徐誌（zhì）翅的研究。
波紋管分析的解析法要受到波形的限製，計算冗長複雜（zá），但它是波紋（wén）管應力分析（xī）的力（lì）學基礎。
(2 )數值法（fǎ）它是伴隨著計（jì）算（suàn）機和計算數學的發展而產生的，主要（yào）有有限差分法和有（yǒu）限元法等。有限元法是工程數值分析的有（yǒu）力（lì）工（gōng）具，它在波紋管的設計計算中己得到了廣泛應用。有限元法（fǎ）將波（bō）紋管本體離（lí）散化，分（fèn）割成若幹個(有限的（de）)單元，同時也將外載荷離散化（huà），通過能>t原理，建立起以節（jiē）點（diǎn）位移為（wéi）墓本未知盆的代數方程組，通過求解節點位移，進而求出應變和應力.有（yǒu）限元法可以一次算出多種工況下的（de）波紋管的位（wèi）移和應力分（fèn）布，便於設計者進（jìn）行應力和總體分析。
TsukimoriK 和IwataK 采用通用非（fēi）線性結構有限元分（fèn）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，使用三結點軸對稱旋轉殼單元，子午向及環向（xiàng）位移采用二次多項式插（chā），法向位移采用四次多項式（shì）插值，將（jiāng）所分析的問題變為特征值（zhí）問題，應用FINAS中的子空間迭代法給出了波紋管柱失稱和平麵失穩的臨界（jiè）壓力”.。朱益民等1峽用三結點曲邊單元、位移及轉角在體坐標下獨立插值的方法研究波紋管在小應變、小位移假設下的軸對稱振動時的自振頻率，與實際悄（qiāo）況較為（wéi）接近。許誌興等陰將墓於有限（xiàn）元的周部應力— 應變法應用於波（bō）紋管膝脹節的疲勞壽命（mìng）分析（xī）和估算，得到很好的預測結果.劉穎等131用（yòng）有（yǒu）限元方法分析波紋管的應力強度分布規（guī）律，能很好地進行波紋（wén）管（guǎn）的事故預測和應力評定。陳嘩等141采用（yòng）非線性有限元對u形無加強（qiáng）型波紋管在不同平麵失穩工（gōng）況下的應力響應進行（háng）了（le）分析，建立了適合於工程使用的判定方（fāng）法（fǎ）。
有限元法用於波紋管的分析，較之解析法可不受波紋管波形的限製，計算穩定，但它不能為膨（péng）脹節的設計和選用人員提供一個（gè）既簡潔方便（biàn），又能滿足工（gōng）程精度的設計公式。
(3) 工程近似法它是一種實用、簡便的設計方法，很受設計人（rén）員歡迎。這種方法大多采用直梁、曲梁或環板（bǎn）模型對波（bō）紋管進行簡化處理，然後應用材料力學的方法給出（chū）一（yī）些簡單的設計公式和圖表以供工程使用。
