影響U形波紋管疲勞壽命因素的分析

李中來，司志強(qiáng)，王樹立，鄭逢慶

(1.常州恒鼎軌道科技有限公司，江蘇常州 213011)(2.上海國之鼎鐵路機(jī)動(dòng)機(jī)電有限公司，上海 201802)(3.新航集團(tuán)134廠，河南 新鄉(xiāng) 453049)

金屬波紋管是一種撓性、薄壁、有橫向波紋的管殼零件，在外力及力矩作用下能產(chǎn)生軸向、角向、橫向及其組合位移，用于連接管道與管道、管道與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備，能夠起到減少管道的安裝應(yīng)力、補(bǔ)償管道的位置移動(dòng)、吸收管路系統(tǒng)振動(dòng)的作用。

波紋管按橫截面的形狀可分為U形、Ω形、S形、V形。其中U形波紋管工藝性好，便于加工，耐壓能力和補(bǔ)償能力較好，因此得到廣泛應(yīng)用。U形波紋管在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用也十分廣泛，而且軌道交通行業(yè)對波紋管的疲勞壽命有更高的要求。相關(guān)的波紋管標(biāo)準(zhǔn)［1］中的理論公式顯示了影響波紋管疲勞壽命的主要因素，也有很多的文章論證了波紋管最先發(fā)生疲勞失效的地方為波谷處，但波谷的尺寸對波紋管疲勞壽命的影響及波谷的優(yōu)化設(shè)計(jì)還沒有相關(guān)的系統(tǒng)論述。對波谷進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)除了可以提高波紋管的疲勞壽命，還能為波紋管的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

1 影響波紋管疲勞壽命的主要因素

從圖1可知，U形波紋管的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)包括內(nèi)徑 Db、外徑 D、單層壁厚 δ0、波高 h、波距 q、波厚a、波紋數(shù)N、層數(shù)n，有效長度Lb及總長度L等，這些參數(shù)都影響著波紋管的疲勞壽命。

1.1 理論基礎(chǔ)

圖1 U形波紋管

符號說明:Cp，Cf，Cd為設(shè)計(jì)修正系數(shù);Eb為室溫下波紋管材料的彈性模量;e為單波總當(dāng)量軸向位移;Ct為低于材料蠕變溫度時(shí)的溫度修正系數(shù);Ka為波厚影響系數(shù);Kb為相對波深系數(shù);Cθ為角位移柱失穩(wěn)壓力影響系數(shù);Sy為室溫下材料的屈服極限;Ac為單個(gè)波紋的金屬截面積;K2為平面失穩(wěn)系數(shù);α為波形角。……