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金屬軟連接上的應力是由系統中的壓力和金屬軟連接變形所產生的。壓力在金屬軟連接上產生環(周向)應力,而在波的側壁、波谷和波峰處產生徑向的薄膜和彎曲應力。不能抗彎的薄殼有時稱為薄膜,忽略彎曲而算得的應力則稱為薄膜應力。金屬軟連接變形時產生徑向薄膜應力和彎曲應力。金屬軟連接在工作時,有的承受內壓,有的承受外壓,例如波紋膨脹節和金屬軟管在多數情況下其金屬軟連接承受內壓,而用于閥門閥桿密封的金屬軟連接一般情況下承受外壓在這里主要分析金屬軟連接承受內壓時的應力,金屬軟連接承受外壓的能力一般情況下高于耐內壓能力。隨著金屬軟連接的廣泛應用,人們對金屬軟連接的應力進行大量的分析研究和實驗驗證工作,提出了許多供工程設計使用的計算公式、計算程序和圖表。但是,有的方法由于圖表或程序繁復使用不方便,有的方法假設條件不是過于簡化就是過于理想,難以保證使用上的可靠,不少方法未能為工程界所接受。因此,真正符合實用要求的方法為數不多。應用比較普遍的方法有如下兩種:
1.數值法計算金屬軟連接應力
假定金屬軟連接的全部波紋都處于同一條件下,在計算時只研究金屬軟連接波紋的單個半波。這樣,在研究中就不考慮端部波紋,雖然端部波紋的邊界條件與中間波紋有所不同。數值法是根據E.列斯涅爾對于變壁厚回轉薄殼產生軸向對稱變形時所列的非線性方程來解的。在推導E.列斯涅爾方程時,應用了薄殼理論的一般假定,其中包括:與環殼曲率主半徑相比厚度很小的假定;材料的均一性和各向同性的假定。采用上述假定也會給計算帶來一定的誤差。因為在制造金屬軟連接時,管坯的軋制,拉深和隨后的波紋塑性成形會造成材料力學性能上的各向異性和不均勻性。
2.美國EJMA 應力計算方法
金屬軟連接的有效面積計算
有效面積是金屬軟連接的基本性能參數之一,它表征金屬軟連接將壓力轉換為集中力的能力,在利用金屬軟連接把壓力變成集中力輸出的場合,有效面積就是一個重要參數。
金屬軟連接用于力平衡式儀表時,其有效面積的穩定性會直接影響著儀表的精度。所以在這種場合不但要求金屬軟連接具有合理的有效面積,而且還要求有效面積在工作過程中不隨工作條件而變化。