波紋管設(shè)計須滿足兩方面的要求,作為柔性元件能補償熱脹冷縮位移,同時作為承壓元件應(yīng)具有足夠強度承受系統(tǒng)的內(nèi)壓(或外壓)U形波紋管基本結(jié)構(gòu)由直邊圓筒,環(huán)板和環(huán)殼組成,其受到載荷可分為壓力載荷和位移載荷,結(jié)構(gòu)和載荷因素決定了波紋管的強度設(shè)計復雜性,目前波紋管設(shè)計方法可以分為解析法,工程近似法和數(shù)值模擬法3種,解析法以薄殼理論為基礎(chǔ),建立波紋管的微分方程,求解應(yīng)力和位移的解析解,其過程非常繁雜,實際設(shè)計中難以采用,為了設(shè)計計算簡便,工程近似方法將波紋管筒化為兩端固支的直梁或曲梁模型,采用材料力學公式進行計算,考慮到梁模型與實際情況之間的誤差,現(xiàn)行標準中采用對梁模型計算結(jié)果進行試驗數(shù)據(jù)的修正方法,這種工程近似法具有的準確性,但因為是經(jīng)驗公式,有的應(yīng)力計算結(jié)果偏于保守,同時由于試驗數(shù)據(jù)有限,公式的適用性也受到限制。
波紋管的剛度是指產(chǎn)生單位位移所需要的作用力,單位為N/mm。剛度數(shù)值與波紋管的壁厚、直徑、波高、波距、波數(shù)以及材料的彈性模量有關(guān),傳統(tǒng)的計算方法采用彈性理論基礎(chǔ)上的解析解,再考慮試驗數(shù)據(jù)修正,波紋管初始軸向彈性剛度fi,計算公式為:
fi=1.7DmEbt²pn÷w3Cf