预应力金属波纹管高温疲劳寿命

波纹管是一种外表面呈波纹状的薄壁元件，一般由奥氏体不锈钢、高镍合金制造，是航空、航天、石油化工、船舶、核工程及各种仪器仪表、调节附件中的弹性元件。预应力金属波纹管的疲劳失效会给整个系统带来严重的危害，因此，保证波纹管的使用寿命具有重要的意义。

疲劳是材料或者构件在低于其静强度极限的交变载荷作用下，某些局部或者大范围区***入屈服状态，在局部地区出现高度的塑性变形，萌生多种类型的内部缺陷。这种局部的反复塑性变形，经一定的时间后导致微裂纹的产生，微裂纹长大、合并，形成一条或者几条住裂纹，主裂纹逐渐扩展并终产生断裂。在工程上，这就叫做波纹管的失效。

预应力波纹管

高温疲劳的机理：在高温环境中，构件的疲劳规律比较复杂，常温环境下得出的疲劳规律不能直接应用于高温下的情况，寿命估算的问题也大有问题。所以在高温疲劳寿命研究的是疲劳和蠕变共同作用下的材料力学行为，在高温下的循环载荷会往往导致蠕变--疲劳断裂，这种***行为是一个与时间有关的变形机制。当波纹管金属的实际工作温度高于材料的蠕变温度时，波纹管将受到蠕变与疲劳的相互作用，疲劳寿命明显降低，而且与载荷作用时间有关。

预应力波纹管的结构设计

作为工程上应用广泛的预应力波纹管，其结构完整性设计即是在满足疲劳寿命、强度、稳定性、刚度、生产工艺及补偿量的条件下，设计合理的预应力波纹管结构参数，以单位重量下预应力波纹管的补偿量为目标，建立预应力波纹管结构完整性优化设计模型，采用优化领域的研究方法一粒子群算法

(PSO)实现其结构参数优化设计。一般而言，预应力波纹管的设计过程相当复杂，是一个试算的过程。

在试算过程中，需满足强度、稳定性、疲劳寿命、刚度及生产工艺性等要求，同时预应力波纹管还必须具备一定的柔性提供足够的位移补偿，以满足工程中位移补偿的需要，因此，预应力波纹管的结构设计应该是考虑各种性能约束和补偿要求的结构完整性优化设计。在这方面，一些学者已做了一些工作，如于颖、李永生使用改进的网格法进行预应力波纹管优化系统的开发Ⅲ;杨玲等人将离散复合型法应用于设计预应力波纹管系统，但算法操作繁琐;孙爱芳等人将

ANSYS应用于预应力波纹管的优化设计中

预应力金属波纹管的应力分布预应力金属波纹管以其耐压性强、寿命长、伸缩性好、耐高温以及结构上的特殊优越性，在密封领域等得到了日益广泛的应用。然而由于结构形状复杂，难以得到简单而又准确的位移和应力计算公式，对预应力金属波纹管进行的理论分析和设计，几十年来一直是国内外工程界研究的热点。

??波纹膜片上的应力为径向应力位于膜片外缘的焊菇处,波纹膜片的次高应力也是径向应力位于圆弧波的顶点附近。