外压金属波纹管的三种失稳形式

外压金属波纹管的三种失稳形式

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金属波纹管有两种常见的失稳形式：平面失稳和圆柱形失稳。外压金属波纹管也可能存在类似外压圆筒的弹性失稳和塑性失稳。当外压金属波纹管拉伸时，不会出现圆柱失稳，因此破坏形式可能是平面失稳，也可能是外部压力失稳。

1)平面不稳定

平面不稳定是指一个或多个波浪面的运动或偏转。变形的特点是一个或多个波纹倾斜或翘曲，表明波距不均匀。平面不稳定的主要原因是沿经络方向的过度弯曲应力以及波峰和谷中塑性铰链的形成。

2.外部压力不稳定

金属波纹管的外部压力稳定性被视为与其长度相同的圆筒，根据压力容器规范进行校核。当外部压力容器被定义为不稳定时，筒体突然失去原来的形状，被压碎或堵塞，称为外部压力容器的不稳定。失稳有三种形式：横向失稳、轴向失稳和局部失稳。

横向不稳定：主要受侧向外力作用，横截面由圆形向波形变形(平缓，泄气)

局部不稳定：局部外部压力，局部直径直线到曲线的变形

轴向不稳定：在轴向外压作用下，直径线由直线向曲线变化。

外压金属波纹管的轴向是拉伸载荷，因此不需要检查轴向稳定性。根据Ejma第九版4.15的规定，金属波纹管在外部压力作用下的周向稳定性在金属波纹管和连接喷嘴之间作为一个整体进行检查。

3)拉伸位移的影响

通过稳定性试验和非线性有限元计算，研究了金属波纹管在外界压力和位移作用下的稳定性。指出拉伸位移对金属波纹管的稳定性有不利影响。在Ejma平面失稳公式中，拉伸位移对压力的影响增大。在外压金属波纹管的周向稳定性校核中，金属波纹管被视为不改变轴向的刚性外压圆柱，其承受径向外压的能力仅被检验。金属波纹管是在实际工作条件下具有轴向拉伸位移的弹性元件。目前，有关标准中还没有给出理论计算方法。

外压金属波纹管相当于受压拱梁。金属波纹管拉伸时，波峰直径不变。同时，为了协调变形和产生位移，在外压引起的周向压应力和径向收缩变形的共同作用下，塑性铰在波峰处形成，并趋于向下塌陷。因此，当外部压力和拉伸位移同时作用时，屈服发生在侧壁与圆弧的交界处，屈服面积随着荷载的增加而逐渐增大。在波峰应力集中的共同作用下，波浪侧壁屈服侧出现褶皱局部失稳和波峰塌陷。

外压金属波纹管的三种失稳形式