魏 晨 杨 阳

（1.四川建筑职业技术学院土木工程系，四川德阳618000；2.四川建筑职业技术学院电气工程系，四川德阳618000）

0 引言

外压作用下金属波纹管柱的失稳变形在工程上是个常见问题，是一种常见的结构破坏形式。美国石油天然气协会管道委员会于1984年分三阶段对管道的应力破坏现象进行了研究，完成了大量实验工作，在此基础上发布了API-5C3标准，为设备安全校核提供了依据。实验和工程中发现，API给出的计算公式与实际管道失稳外压有较大出入，这主要是由于API-5C3未考虑金属管的几何缺陷椭圆度。

1 有限元分析

由于要讨论椭圆度单因素对金属波纹管失稳外压的影响，故必须消除不同管道材料、不同管道壁厚带来的影响，因此分析从两方面展开：（1）不同材料不同椭圆度下金属管试样分析；（2）不同壁厚不同椭圆度下金属管试样分析。最后将两方面结果综合整理，得到椭圆度单因素对金属波纹管失稳外压的影响结论。

1.1 不同材料不同椭圆度

设计分析外压50 MPa，壁厚20 mm，金属波纹管试样变形情况如图1所示。

图1 不同椭圆度不同材质变形量

（1）弹性模量相差最大的材料是45Mn与70Mn，45Mn是70Mn的97.7%；对应最大变形量，在椭圆度分别取0.2、0.4、0.6、0.7时45Mn分别是70Mn的102.4%、102.4%、102.4%、102.4%。

（2）泊松比相差最大的材料是45Mn与16Mn，45Mn是16Mn的90.3%；对应最大变形量，在椭圆度分别取0.2、0.4、0.6、0.7时45Mn分别是16Mn的101.0%、101.0%、101.0%、101.0%。

（3）最低抗拉强度相差最大的材料是45Mn与70Mn，45Mn是70Mn的79%；在椭圆度分别取0.2、0.4、0.6、0.7时45Mn分别是70Mn的102.4%、102.4%、102.4%、102.4%。

（4）在椭圆度分别取0.2、0.4、0.6、0.7时，同种材料的最大变形量呈递增趋势且趋势明显，最小增幅均在60%。……