波紋管上的應(yīng)力是由系統(tǒng)中的壓力和波紋管變形所產(chǎn)生的。壓力在波紋管上產(chǎn)生環(huán)(周向)應(yīng)力,而在波的側(cè)壁、波谷和波峰處產(chǎn)生徑向的薄膜和彎曲應(yīng)力。不能抗彎的薄殼有時稱為薄膜,忽略彎曲而算得的應(yīng)力則稱為薄膜應(yīng)力。波紋管變形時產(chǎn)生徑向薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力。波紋管在工作時,有的承受內(nèi)壓,有的承受外壓,例如波紋膨脹節(jié)和金屬軟管在多數(shù)情況下其波紋管承受內(nèi)壓,而用于閥門閥桿密封的波紋管一般情況下承受外壓在這里主要分析波紋管承受內(nèi)壓時的應(yīng)力,波紋管承受外壓的能力一般情況下耐內(nèi)壓能力。隨著波紋管的廣泛應(yīng)用,人們對波紋管的應(yīng)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(shè)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(fù)使用不方便,有的方法假設(shè)條件不是過于簡化就是過于理想,難以使用上的安全可靠,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(shù)不多。
金屬波紋管及其它彈性元件在某一煮上的位移與作用載荷之間的關(guān)系稱為彈性特性,而位移和載荷都應(yīng)存元件材料的彈性范圍內(nèi)波紋管類組件的彈性特性可以用函數(shù)方程、表格與曲線圖等形式表示。其彈性特性取決于各類彈性元件的結(jié)構(gòu)及加載方式。元件的彈性特性可以是線性的或非線性的,非線性還可分為遞增特性和遞減特性兩種。
對于工作在壓縮狀態(tài)的波紋管,它的大壓縮位移是:波紋管在壓力作用下,壓縮到波紋之間相互彼此接觸時所能產(chǎn)生的大位移值,也稱為結(jié)構(gòu)允許大位移,它等于波紋管自由長度與大壓縮長度之差。波紋管不產(chǎn)生塑性變形情況下所能獲得的大位移稱為波紋管的允許位移。
波紋管在壓縮狀態(tài)下工作時的允許壓縮位移量比工作在拉伸狀態(tài)下的允許拉伸位移量要大一些,所以在設(shè)計波紋管時應(yīng)盡可能讓波紋管在壓縮狀態(tài)下工作。通過實驗發(fā)現(xiàn),在一般情況下,同一材料、同一規(guī)格的波紋管,其允許的壓縮位移是允許的拉伸位移的1.5倍。
波紋管的壽命是在工作條件下使用時,能正常工作的短工作期限或循環(huán)次數(shù)。用波紋管組成的彈性密封系統(tǒng),經(jīng)常在承受較多循環(huán)次數(shù)的變動載荷和較大位移的條件下工作,因此確定波紋管的使用壽命,具有重要意義。因為波紋管的作用不同,對其使用壽命的要求也不一樣。
應(yīng)用多層波紋管可以降低剛度和變形引起的應(yīng)力,因而可以在很大程度上提高波紋管的壽命。波紋管在其它情況相同而工作壓力性質(zhì)(恒定或交變載荷)不同的條件下工作時,其使用壽命將有差別。顯然,在交變載荷下工作時,波紋管的壽命比恒定載荷下工作時要短一些。