【作 者】吳京祥;王志輝;王兆峻;李建雄

　　【前 言】

　　金屬波紋管作為密封元件，其密封性可靠、互換性好，在各行各業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。圖1為在一種壓力氣體充裝設(shè)備上的手閥組件設(shè)計圖，采用了雙層不銹鋼波紋管作為主要的密封件。在以往的充裝設(shè)備設(shè)計中，常采用O形密封圈作為密封件，密封效果具有一定的局限性。該充裝設(shè)備需要考慮到充裝介質(zhì)的廣泛性，要求既能充裝液化石油氣，又能充裝其他燃?xì)?；同時對溫度變化具有一定的適應(yīng)性，要求既能適應(yīng)南方酷熱天氣充裝，又能適應(yīng)極寒天氣的充裝，以及在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，密封部件要具有免維護(hù)性。基于以上原因，在該充裝設(shè)備的設(shè)計中，摒棄了O形密封圈作為密封件的傳統(tǒng)設(shè)計方案，采用了以不銹鋼波紋管為主要部件的密封結(jié)構(gòu)。

　　采用了金屬波紋管的密封結(jié)構(gòu)，將采用密封圈結(jié)構(gòu)的動密封變成了易于控制和維護(hù)的靜密封，對于機械結(jié)構(gòu)設(shè)計來講，帶來了很多的便利之處。金屬波紋管密封結(jié)構(gòu)的難點僅僅在于波紋管本身的成形工藝性、使用過程中的載荷承受能力及使用壽命。

　　金屬波紋管成形傳統(tǒng)的工藝方法是用橡膠彈性體脹形，近些年來多采用管材液壓成形（內(nèi)高壓成形）的方法來實現(xiàn)，即以管材為坯料，通過向管材內(nèi)部通以高壓液體并軸向進(jìn)給補料，通過沖頭把管坯壓入到模具型腔進(jìn)而成形出所需工件的一種加工方法。

　　本文以充裝設(shè)備上使用的不銹鋼波紋管為例，通過ABAQUS有限元分析工具，模擬波紋管的成形工況下的應(yīng)力和變形分布；并進(jìn)一步模擬在先期塑性變形和殘余應(yīng)力結(jié)合外壓及軸向位移約束的條件下波紋管工件的應(yīng)力和變形分布，以及工件各單元上疲勞壽命的分布。

　　【結(jié) 論】

　　1）本文系統(tǒng)地應(yīng)用ABAQUS有限元分析工具，分析了金屬波紋管的成形工況、使用工況，并且借助ABAQUS/FE-SAFE模塊進(jìn)行了疲勞壽命的分析，為該類工件的相關(guān)設(shè)計提供了一條有效途徑。

　　2）通過本文分析可知，金屬波紋管的內(nèi)高壓成形工藝影響了波紋管的流動應(yīng)力和殘余應(yīng)力；在波紋管使用工況下的應(yīng)力分析和疲勞分析要充分考慮到加工硬化、殘余應(yīng)力，以及成形過程中壁厚減薄量等因素。

　　3）在金屬波紋管成形后不做強化或者熱處理的前提下，要將預(yù)定義場作為一個先決條件加在工件邊界條件的設(shè)定之前。從分析結(jié)果來看，先期成形階段的殘余應(yīng)力和變形與后續(xù)工況的復(fù)合作用的結(jié)果影響了工件的使用工況下的應(yīng)力分布和使用壽命。

　　4）在使用工況下，不排除金屬波紋管發(fā)生二次塑性變形的可能，其結(jié)果是提高了該處的流動應(yīng)力。

　　以下是正文：