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金属波纹管疲劳测试的计算剖析

作者:河北华洁 发布日期:2018-12-13 GMT 03:12:59 点击:
对金属波纹管而言因位移变化较大,所以引起的交变应力范围也较大,容易引起疲劳破坏,因此波纹管的疲劳已成为设计计算时必须认真考虑的问题.

  管道运行中的温度变化都可能引起管道及设备的热胀冷缩,从而也使波纹管产生伸缩变形。有些场合,也会因机械位移而产生金属波纹管伸缩变形。这些位移变化所引起的应力往往是交变应力。金属波纹管在交变应力作用下就可能引起疲劳失效。对金属波纹管而言因位移变化较大,所以引起的交变应力范围也较大,容易引起疲劳破坏,因此波纹管的疲劳已成为设计计算时必须认真考虑的问题。

  关于金属波纹管疲劳的设计计算公式或曲线,一般有两类:一类是为经验理论公式,如在曼森-柯芬公式基础推演而得的兰格公式就属此类。另一类是以实验数据为基础的公式或曲线,像EJMA(美国膨胀节制造商协会标准)标准中的计算式和曲线就属此类。根据实际应用情况来看,EJMA的计算公式和实际情况较为接近,但是各种设计公式或图线都是有一定适用条件的。同时,金属波纹管疲劳寿命的影响因素很多,数据也较分散,因此,为了实际考核金属波纹管的抗疲劳性能或者为了检验波纹管可以承受预定的变形循环次数,对金属波纹管进行疲劳试验是很有必要的。疲劳寿命也是考核金属波纹管产品质量的一个重要指标。
  1) 试件
  金属波纹管疲劳试验的试件,一般应是实际产品。作为试件的金属波纹管产品应是有代表性的合格产品。试件的波数应不小于3个,波纹管的波形及制造工艺应符合有关标准要求,试验前,应全面常握波纹管的各种参数。
  2) 疲劳试验条件的决定 
  金属波纹管疲劳试验应在专用的疲劳试验机上进行,目前常用的疲劳试验机有液压式或机械式两类。
  对于设计温度在材料蠕变温度下的金属波纹管,试验可在常温下进行。
  在对金属波纹管进行疲劳试验时,波纹管内可以是常压,也可以是采用变化的压力。后者更接近于金属波纹管的实际使用工况。其循环位移可以是拉压对称位移循环,也可以是从自由长度进行轴向压缩至规定值的位移循环。决定循环试验速率时,应使位移在各波间能均匀地分配为原则,一般以每分钟不超过30次为宜。
  金属波纹管疲劳试验中,当波纹管出现了穿透性裂纹时,即认为已发生疲劳破坏。此时测得的循环寿命,即为金属波纹管的实际疲劳破坏寿命(次)。
  在疲劳试验中金属波纹管各波的变形可能不一致,要注意观察各波距的变化。在进行金属波纹管疲劳破坏寿命计算时,可根据各波距循环位移的实际测量值和金属波纹管的实际尺寸进行。同时,为便于分析,也要根据图样上的名义尺寸进行计算。最后列表进行比较。
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