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波纹管力学性能研究水平述评
王永岗 吕英民 张进国
摘要 评述了波纹管的静力和动力特性以及储油罐连接波纹管的抗震性能等方面的研究工作。将波纹管力学性能研究方法归纳为工程计算法、解析法和数值法，并围绕这3类方法，对波纹管在工程设计和理论研究中的一些主要成果作了较详细的回顾和总结，对各类方法的优劣性和适用范围也作了讨论。最后介绍了近年来在石油工业中广泛使用的储油罐抗震用金属波纹管的研究现状，概述了该项研究的基本理论、约束条件和流-固耦合等问题的处理方法，并指出需进一步解决的某些力学问题。
主题词 波纹管 力学性能 研究 述评
A review of mechanical behavior studies on bellows.
Wang Yonggang Lü Yingmin, Zhang Jinguo.
(University of Petroleum, Beijing),
CPM, 1999, 27(12): 47～50
This article reviews various research work of static and dynamic as well as aseismic behavior for the revolution bellows. First of all, the research methods are reduced to three: engineering computational method, analytic method and numerical method, around which, some main achievements in the engineering design and theoretical study on bellows are looked back in detail, the superiority and inferiority along with the scope of application are reviewed simultaneously. The current status of the study of recently used metallic joint bellows installed between oil tank and pipeline are introduced, the principal theory, constraint condition and bellows-liquid coupling problem in this study are summarized, and some further research needs are also pointed out.
Subject Concept Terms bellows mechanical behavior study review
波纹管的静动力特性研究
波纹管是一种带横向波纹的圆柱形薄壁弹性壳体，因其在转换、补偿、连接和储能等方面的功能而在石油、化工、冶金及仪表等领域得到广泛应用。由于地震激励常常会引起储液罐与管道连接的破坏，国外对储液罐的进出口采用软连接，其主体就是金属波纹管。我国石油天然气行业标准［1］规定，6度以上（含6度）地震区管道与储油罐连接应安装金属波纹管，使储油罐与管道间的连接由刚性变成软连接，以吸收地震、地基下沉等引起的储油罐与管道间的相对变位，提高系统的抗震性。伴随波纹管广泛和特殊的工程应用出现了一系列的力学问题，促使人们对其静动力特性进行深入和系统的研究，研究的主要方法有工程计算法、解析法和数值法。
1.工程计算法
工程计算法的主要目的是寻求波纹管实用的、简便的设计方法。这种方法大多采用直梁或曲梁模型对波纹管进行简化处理，而后应用材料力学的方法给出一些简单的设计公式和图表以供工程使用。著名的美国膨胀节制造商协会标准——EJMA［2］标准就是以此作为其应力设计的基础。文献［3］在研究波纹管的轴向自由振动特性时，将波纹管简化为等直杆，由此得到其轴向振动固有频率的计算公式，并与实验数据作了对比。文献［4］将细长比较大的U形波纹管视为简单支承梁柱，采用Euler公式给出波纹管临界失稳压力并附以设计曲线。文献［5］研究了U形波纹管在内压和外压作用下的失稳机理，并给出其平面失稳临界压力公式。文献［6］对波纹管在外压作用下的临界破坏压力进行了梁式模型理论计算和实验验证。文献［7］应用比拟的方法对EJMA标准未涉及到的波纹管在端部转角和横向位移载荷下的应力作了理论和实验研究。文献［8］对波纹管的各种工程计算作了较详细的阐述。总的看来，波纹管的这种杆梁计算模型在工程设计或大系统分析中是有效的，但用于其自身的静动态分析却略显粗糙。
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