1、概述
波形膨胀节（又称波纹管补偿器或U形膨胀节）是管道与设备进行补偿的关键部件之一，除了位移补偿作用外，还同时兼有减振降噪和密封的功能。波形膨胀节在航空航天、石化、水利、电力、冶金和核能等工业中都有广泛应用，主要应用波形膨胀节的位移补偿功能和密封功能。波纹管是膨胀节中的重要元件，波纹管设计的优劣决定波形膨胀节设计的好坏。在设计中，由于对膨胀节既要求具有较高的承压能力及良好的柔性，同时还需要具备高稳定性和耐疲劳性，所以膨胀节设计具有复杂性。当前波形膨胀节设计主要采用美国膨胀节制造商协会的计算公式。对波形膨胀节进行强度数值模拟是膨胀节强度校核的新思路。本文对美国EJMA公式的计算结果和数值模拟结果进行了对比，并且用试验数据进行了验证，证明用数值模拟方法代替理论公式进行膨胀节优化设计是更好的选择。
2膨胀节数值中的几个问题
本文使用有限元软件对U形膨胀节进行数值模拟。根据膨胀节结构形式，应用二维轴对称模型，采用PLANE42单元计算，两层膨胀节之间采用摩擦接触模型，摩擦系数为0.1-0.15。
根据阀门设计要求，第三元件拟采用双层U形膨胀节。膨胀节内径65mm，波高12.5mm，层数2，波数10，波距7mm，膨胀节波纹总长78mm，成型前膨胀节一层材料的有效厚度0.2mm，成型后膨胀节一层材料的有效厚度为0.1832mm，成型后膨胀节波峰内壁环壳直径为3.5mm，膨胀节波峰外壁环壳直径4.2328mm，设计压力0.4MPa，一个波纹的当量位移0.4mm。
