龙俞伊+柴宝华+冯波

【摘 要】焊接波纹管由于具备较大的伸缩率，通常被视为吸收液态工质体积膨胀的优良元件。本文使用ANSYS Workbench软件中的静力学分析模块，采用轴对称模型方法对网格划分比较困难的大直径薄壁结构进行简化，对Inconel 718材质的焊接波纹管进行模拟分析，获取了刚度、承压能力以及预期疲劳寿命等数据。结果表明有限元方法便捷性高，分析结果与实测值符合较好，可用于复杂波形焊接波纹管的设计。

【关键词】焊接波纹管；体积补偿；有限元分析

0 前言

太空运行的航天器通常使用液态有机工质或液态金属进行换热，工质运行温度最高可达到400℃～600℃，其密度值相差很大，体积膨胀量可达原体积15%以上。由于太空环境对安全性要求很高，因此密封性较好的金属波纹管经常被用作吸收体积膨胀的弹性元件。

金属波纹管主要包括成形波纹管和焊接波纹管两大类[1]，成形波纹管制造方便，可直接冲压成形，但刚度较大；焊接波纹管的刚度较小，它是将薄板冲压得到的环状波片沿内外边缘交替焊接得到的。从波形来区分，焊接波纹管还可以细分为对称式和层叠式。对称式焊接波纹管的位移与所受的压力之间有良好的的线性关系，适合在压力传感器等精密仪表里作为弹性元件，但位移量较小；而层叠式波纹管适合承载较大的压力和变形，轴向伸缩位移很大，因此一般采用层叠式波纹管用于液体工质体积补偿。

层叠波纹管波片的波形一般是非线性的，进行理论分析时不易获得精确的计算值，因此目前的设计中多采用工程经验公式和有限元方法结合进行。……