不等壁厚U形波紋管的軸向剛度研究

占豐朝，張小文，閆廷來

（1. 洛陽雙瑞特種裝備有限公司，河南洛陽 471001；2. 洛陽船舶材料研究所，河南洛陽 471023）

波紋管是一種具有補償位移作用的彈性元件，廣泛應(yīng)用于化工、供熱、航天、電力等領(lǐng)域。按波紋管管壁的層數(shù)，可分為單層波紋管和多層波紋管。在總厚度相同情況下，多層波紋管相對于單層波紋管具有剛度小、補償量大、疲勞壽命長等特點，得到了廣泛的應(yīng)用。隨著使用工況的嚴苛，為提高波紋管的耐腐蝕、耐壓與高疲勞壽命等綜合性能，設(shè)計出一種在波紋管接觸環(huán)境介質(zhì)側(cè)襯一層高耐蝕合金（如Incoloy 825、Incoloy 800 等）的波紋管，并已在熱力、化工產(chǎn)品上有所應(yīng)用。EJMA—2015《膨脹節(jié)制造商協(xié)會標準》第9 章中對于多層波紋管的應(yīng)用時指出為了適應(yīng)管道內(nèi)外不同的環(huán)境，在設(shè)計波紋管時允許使用不同的材料制作波紋管的內(nèi)層和外層，用一層來防腐蝕，其他各層采用價格較為低廉的材料制作；GB/T 12777—2019《金屬波紋管膨脹節(jié)通用技術(shù)條件》[1]的5.4.3 條給出了不同材料組合的多層波紋管設(shè)計溫度下的許用應(yīng)力計算公式。但是針對不等壁厚波紋管的應(yīng)力計算、剛度計算及性能分析，較少有相關(guān)研究。

本文主要通過試驗驗證和有限元分析來對襯層設(shè)計方案的不等壁厚U 形波紋管的軸向剛度進行研究，以期更好地掌握不等壁厚U 形波紋管的軸向剛度，為不等壁厚波紋管的設(shè)計開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

1 剛度設(shè)計公式

GB/T 12777—2019 中對于無加強U 形波紋管的單波軸向剛度計算公式如式（1）所示。

式中各符號意義同GB/T 12777—2019[1]。……