中浩機(jī)械文獻(xiàn)——外壓金屬波紋管的三種失穩(wěn)形式-河北中浩機(jī)械制造有限公司

　　金屬波紋管膨脹節(jié)作為管道熱補(bǔ)償元件，在石化、冶金、供熱、電力等領(lǐng)域被廣泛地應(yīng)用，經(jīng)過不斷探索研究，常規(guī)的波紋管膨脹節(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算已趨于成熟。但隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，新的應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)，對于波紋管膨脹節(jié)應(yīng)用要求不斷提高，相應(yīng)的帶來了許多新的問題。近年來，外壓金屬波紋管在供熱管道中大量應(yīng)用，關(guān)于承受外壓的金屬波紋管的設(shè)計(jì)方法，GB12777、EJMA和ASME B31.3等國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中均與承受內(nèi)壓的金屬波紋管相似。但隨著供熱技術(shù)進(jìn)步和節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，金屬波紋管膨脹節(jié)產(chǎn)品口徑逐漸增大，對其補(bǔ)償性能指標(biāo)也不斷提高，外壓金屬波紋管產(chǎn)品的失效時(shí)有發(fā)生，并且出現(xiàn)了與內(nèi)壓金屬波紋管有所區(qū)別的失效形式，需要對外壓金屬波紋管進(jìn)一步研究。

　　常見的金屬波紋管失穩(wěn)形式有平面失穩(wěn)和柱狀失穩(wěn)兩種，外壓金屬波紋管也可能出現(xiàn)類似外壓圓筒的彈性失穩(wěn)和塑性失效。外壓金屬波紋管工作時(shí)受拉伸，不會發(fā)生柱狀失穩(wěn)，因此失效形式可能是平面失穩(wěn)或者外壓失穩(wěn)。

　　1）平面失穩(wěn)

　　平面失穩(wěn)指一個或多個波紋平面發(fā)生移動或偏轉(zhuǎn)，變形的特點(diǎn)是一個或多個波紋出現(xiàn)傾斜或翹曲，表現(xiàn)為是波距變得不均勻。造成平面失穩(wěn)的原因主要是由于沿子午向作用的彎曲應(yīng)力過大，并在波峰和波谷形成了塑性鉸。

　　2）外壓失穩(wěn)

　　金屬波紋管外壓穩(wěn)定性是將其視為一個與其長度相同的圓筒按照壓力容器規(guī)范進(jìn)行校核。外壓容器失穩(wěn)的定義時(shí)在外壓作用下筒體突然失去原有形狀而被壓癟或出現(xiàn)博文的現(xiàn)象，稱為外壓容器的失穩(wěn)。失穩(wěn)形式有側(cè)向失穩(wěn)、軸向失穩(wěn)和局部失穩(wěn)三種。

　　側(cè)向失穩(wěn)：主要承受側(cè)向外壓，變形為橫截面由圓形變成波形（扁了、癟了）；

　　局部失穩(wěn)：局部外壓，變形為局部徑線由直線變成曲線；

　　軸向失穩(wěn)：承受軸向外壓，變形為徑線由直線變?yōu)榍€。

　　外壓金屬波紋管軸向?yàn)槔燧d荷，不需要校核軸向穩(wěn)定性。根據(jù)EJMA第九版4.15所述，承受外壓的金屬波紋管的周向穩(wěn)定性是將金屬波紋管與相連接的接管作為一個整體來校核。

　　3）拉伸位移的影響

　　通過穩(wěn)定性試驗(yàn)和非線性有限元計(jì)算研究了金屬波紋管在外壓和位移同時(shí)作用下的穩(wěn)定性，指出拉伸位移對金屬波紋管的穩(wěn)定性具有不利的影響。EJMA中平面失穩(wěn)計(jì)算公式中增加了拉伸位移對壓力的影響。對于外壓金屬波紋管周向穩(wěn)定性校核，是將金屬波紋管視為軸向不發(fā)生變化的剛性外壓圓筒，僅校核其徑向承受外壓的能力，并未考慮實(shí)際工況中金屬波紋管是發(fā)生軸向拉伸位移的彈性元件，目前相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中沒有給出理論計(jì)算方法。

　　外壓金屬波紋管相當(dāng)于一個受壓力的拱梁，工作時(shí)金屬波紋管拉伸，波峰的直徑不變，同時(shí)，波峰為了協(xié)調(diào)變形，發(fā)生位移，在外壓產(chǎn)生的周向壓應(yīng)力和徑向收縮變形共同作用下，波峰處形成了塑性鉸，有向下塌陷的趨勢。因此，當(dāng)外壓和拉伸位移同時(shí)作用時(shí)，側(cè)壁和圓弧連接處首先出現(xiàn)屈服，并隨著載荷增加，屈服的面積逐漸擴(kuò)大，在波峰處應(yīng)力集中共同的作用下，波紋側(cè)壁屈服一面出現(xiàn)了褶皺和波峰塌陷的局部失穩(wěn)現(xiàn)象。