強(qiáng)度計(jì)算和力學(xué)性能
金屬軟管設(shè)計(jì)的可靠性，對(duì)使用的影響很大，所以，對(duì)它們?cè)诳v、橫兩個(gè)方向上的剛度、最小彎曲半徑及最大工作壓力值等機(jī)械性能方面的重要參數(shù)的確定，要經(jīng)過嚴(yán)格地分析、計(jì)算。否則，在工程中，不但難以達(dá)到保證質(zhì)量、提高效率、節(jié)省資金、保障安全等良好的效果，反而可能造成重大的損失。
金屬軟管波紋管的撓性
金屬波紋管與普通金屬光滑管相比較，具有一定的撓性。當(dāng)然，許多散熱片一類的管子，盡管其外表面也呈波紋形狀，但卻沒有撓性，這是因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)與金屬波紋管的結(jié)構(gòu)有著根本的不同。最本質(zhì)的區(qū)別是：金屬波紋管在任何截面上、任意兩點(diǎn)的壁厚都是相等的（液壓或機(jī)械旋壓成型過程中的微變薄量忽略不計(jì)）；它的波紋是空心波紋。而散熱片一類的管子從其軸向剖面上看去，波紋部分的壁厚卻比其它部分厚得多，它的波紋是實(shí)心波紋。
眾所周知，凡用金屬波紋管的場(chǎng)合，主要是利用其彈性或撓性。當(dāng)然，人們決不會(huì)用鑄鐵一類的脆性材料或硬質(zhì)狀態(tài)的管材、帶材去制作金屬波紋管。盡管金屬波紋管的撓性與其通徑、波紋幾何形狀、材料、狀態(tài)、壁厚等因素有關(guān)，而正是由于上述原因，故在一般情況下，可以忽略材料、狀態(tài)、壁厚等方面的既定因素，僅從通徑、波紋幾何形狀方面就能夠相對(duì)準(zhǔn)確地分析出金屬波紋管的撓性。
在實(shí)際工程應(yīng)用上，對(duì)各種金屬波紋管的最小彎曲半徑都有一個(gè)起碼的要求。人們已經(jīng)習(xí)慣用波紋管的最小彎曲半徑來說明其撓性。由于各類儀器儀表、機(jī)械設(shè)備上使用的彈性元件、敏感元件、特別是輸送各種介質(zhì)的軟導(dǎo)管，多為“U”形金屬波紋管或以“U”形金屬波紋管派生出來的“S”形、“Ω”形和其它形式的波紋管。因此，以“U”形金屬波紋管為典型，分析它的最小彎曲半徑具有普遍的指導(dǎo)意義。
金屬波紋管在橫向上受到力的作用之后，必然產(chǎn)生彎曲變形，變形的主要部位就是圓環(huán)膜片。凹面向心和凹面背心的兩個(gè)半圓?。◤妮S向剖面圖上來看，它稱作波峰和波谷）剛性大，它與圓環(huán)膜片相比，變形極小。也就是說，凹面向心和凹面背心的半圓弧的小半徑以及連接它們的圓環(huán)膜片的內(nèi)、外半徑差，這兩個(gè)參數(shù)與變形有著直接的關(guān)系。但由于制造工藝上的困難，一定通徑的金屬波紋管的波紋高度將受到其最大值的限制。這就是說，波峰和波谷半圓弧的小半徑及圓環(huán)膜片的內(nèi)、外半徑之差這兩個(gè)值的確定，是以通徑大小為基礎(chǔ)的。從這個(gè)意義上來看，通徑大小是影響金屬波紋管變形的主要因素。因此，國外通常將金屬波紋管的彎曲半徑與其通徑的大小構(gòu)成一定的關(guān)系式。
像研究梁的變形一樣，我們從純彎曲的情況著手，在假設(shè)彎曲狀態(tài)下的金屬波紋管的軸向剖面上取半個(gè)波峰寬度和半個(gè)波谷寬度作為微量，從其通徑和波紋幾何形狀上去分析。
撓性是金屬波紋管的一個(gè)重要特性，掌握其彎曲半徑的變化規(guī)律，是金屬波紋管設(shè)計(jì)、制造、使用過程中的必要條件。
波紋管的彈性
波紋管除了經(jīng)常用來制作金屬軟管的本體之外，還經(jīng)常用來制作管路系統(tǒng)中的補(bǔ)償器件。利用波紋管在縱向、橫向和角方向上的彈性位移，可以順利地將連接點(diǎn)部分由于溫差、振動(dòng)或安裝等原因造成的在位置方面的額定偏差加以補(bǔ)償。當(dāng)然，普通金屬光滑管要做到這一點(diǎn)是十分困難的，甚至是不可能的。確定波紋管位移彈性范圍的工作，主要是研究其縱向剛度和抗彎剛度，因?yàn)樗鼈兛梢灾苯拥胤从吵霾y管在縱、橫兩個(gè)方向上可能產(chǎn)生的彈性變形的大小。
以圖片翹曲理論為基礎(chǔ)確定波紋管的縱向剛度
金屬波紋管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)說明了它在受到軸向力的作用之后，各部分很容易產(chǎn)生彈性變形。由于波峰半圓弧和波谷半圓弧這兩部分的相對(duì)變形遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圓環(huán)膜片部分，因此，可以忽略不計(jì)，并把它們視為圓環(huán)膜片之間的剛性接點(diǎn)。把波紋管復(fù)雜的受力狀態(tài)簡化為圓環(huán)膜片單一受力的形式。這樣，便可以用圓片翹曲理論為基礎(chǔ)，去分析整個(gè)波紋管的縱向剛度。
中網(wǎng)套的強(qiáng)度
在金屬軟管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了提高波紋管的承載能力，避免其遭受機(jī)械方面的損傷，必須采取相應(yīng)的加強(qiáng)和保護(hù)措施，對(duì)于通徑較小的波紋管，多為鎧裝鋼絲網(wǎng)套的結(jié)構(gòu)形式。
鋼帶錠數(shù)一般為大于或等于4的偶數(shù)，對(duì)于手工編織來講，只要在這個(gè)范圍內(nèi)都是可行的；但對(duì)于機(jī)械編織來講，就困難了。國內(nèi)定型的編織機(jī)的錠子數(shù)是固定的，而且是不可調(diào)的。因此，鋼帶的錠數(shù)最好是根據(jù)現(xiàn)有的編織機(jī)的錠數(shù)來確定。目前，國產(chǎn)的編織機(jī)有24錠、36錠、48錠的，已引進(jìn)的還有64錠的。但是，它們是專門用來編織鋼絲網(wǎng)套的，編織出來的是“雙花”花紋；而鋼帶編織最好呈“單花”花紋。對(duì)于這類編織機(jī)只要稍加改動(dòng)，就可以用來編織鋼帶網(wǎng)套。
鋼帶實(shí)際寬度，前面已經(jīng)講過，必須小于理論寬度，具體取值依網(wǎng)套對(duì)波紋管覆蓋面比值的大小而定。
編織角度一般取30~45，在其它參數(shù)確定之后，為了保證金屬軟管一定的承載能力，編織角度還可以適當(dāng)?shù)販p小。從近幾年引進(jìn)設(shè)備配套的金屬軟管看來，國外對(duì)編織角的取值，最小的僅僅15。編織角度取值的大小，直接影響著金屬軟管的性能。若取上限值，有利于發(fā)揮它的柔軟特性，但不能承受較高的載荷；若取下限值，可使金屬軟管承受較高的載荷，但不利于發(fā)揮它的柔軟特性。
網(wǎng)套對(duì)波紋管覆蓋面的比值一般控制在75~95%范圍之內(nèi)，若取值太大，將壓抑了波紋管的柔軟特性；若取值太小，將起不到保護(hù)波紋管不受磕、碰、磨、撞等機(jī)械損傷的作用。它的取值大小也直接影響著金屬軟管的性能，意義恰恰與編織角度相反，若取上限值，可使金屬軟管承受較高的載荷，但不利于發(fā)揮它的柔軟特性；若取下限值，有利于發(fā)揮它的柔軟特性，但不能承受較高的載荷。
如上所述，任何一個(gè)參數(shù)的變化，都可能從某一方面改變金屬軟管的性能。所以，在確定鋼帶網(wǎng)套編織參數(shù)時(shí)，必須根據(jù)金屬軟管的具體要求來綜合考慮。
金屬軟管中波紋管的穩(wěn)定性
波紋管在軸向受到超過它所能支撐的壓力時(shí)，將會(huì)象受壓桿件或圓柱螺旋彈簧那樣，突然彎曲而失去直線形態(tài)的穩(wěn)定性。這是必然的。如果波紋管承受的內(nèi)壓也超過它所能支撐的一定的壓力值，也會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)。實(shí)驗(yàn)證明，工程上波紋管的破壞，多數(shù)是由于這個(gè)原因產(chǎn)生的。無論是彈性密封件、軸向伸縮補(bǔ)償器、金屬軟管，都存在這樣的問題。
就是說波紋管承受內(nèi)壓的能力一般取決于它的穩(wěn)定性。研究波紋管的穩(wěn)定性，可以引用人們熟知的歐拉壓桿公式計(jì)算其臨界載荷。
波紋幾何尺寸，材料厚度等方面的加工偏差，往往使波紋管軸線偏離了原有的對(duì)稱軸。也就是說，實(shí)際波紋管的軸線存在某些初始彎度。對(duì)于金屬軟管來講，網(wǎng)套編織的不均勻性和各部分強(qiáng)度的不一致性，也限制了波紋管的承載能力。
臨界載荷公式中的抗彎剛度值的確定是將波紋管的波峰（谷）半圓弧當(dāng)作膜片剛性聯(lián)接點(diǎn)來考慮，它本身就高于實(shí)際抗彎剛度值。
金屬軟管中波紋管應(yīng)力與壽命
波紋管復(fù)雜的幾何形狀使得用數(shù)學(xué)方法表示其受力狀態(tài)非常困難。盡管如此，這一工作還非做不可。雖然按理論計(jì)算得不到十分精確的結(jié)果，但人們可以通過實(shí)驗(yàn)方法尋得一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來修正它。因此，各式各樣的計(jì)算方法隨著其實(shí)驗(yàn)方法的不同而不相同。蘇聯(lián)的T。BNXMAH法；荷蘭的STAMICARBO法；西德的AD法；美國的M。W。KELLOGG公式；日本的東洋公式和濱田一竹園公式等，它們都曾經(jīng)或正在為人們所利用。在我國，關(guān)于波紋管應(yīng)力與壽命方面的理論還沒有系統(tǒng)化。為了進(jìn)行深入地研究，下面，向大家推薦東洋公式和凱洛格（KELLOGG）公式的聯(lián)用法。
液壓特性
用作金屬軟管本體的波紋管與光壁管不同，其波浪形的內(nèi)腔在工作狀態(tài)下為克服液壓阻力將產(chǎn)生壓力損失，同時(shí)，還將激發(fā)壓力脈動(dòng)現(xiàn)象。它們與波紋管的幾何形狀、液體的流量、流速等參數(shù)有著直接的關(guān)系。
壓力損失
對(duì)以實(shí)驗(yàn)方法獲得的波紋管壓力損失和光壁管的壓力損失曲線進(jìn)行比較后，可以清楚地看到，波紋管內(nèi)的壓力損失比光壁管內(nèi)的壓力損失要高得多。在其它條件相同的情況下，壓力損失與波紋管阻力系數(shù)的明顯增加有關(guān)，而波紋管的液壓阻力與波紋管波形有關(guān)，不同的波紋形狀構(gòu)成不同的內(nèi)表面，這些不同的內(nèi)表面特征可以用相對(duì)波紋度和幾何系數(shù)來描繪。
隨著相對(duì)波紋度的增加，壓力損失也增加；隨著幾何系數(shù)的增加，壓力損失則減小。在波紋管通徑給定的情況下，相對(duì)波紋度越大，意味著波紋越高；幾何系數(shù)越小，意味著波距越大。這樣，壓力損失就必然增加（不包括無限趨近于極限的情況）。當(dāng)然，實(shí)際使用過程中，總是希望壓力損失越小越好。在沒有條件改變波紋管波距、波高等結(jié)構(gòu)參數(shù)的情況下，要減小液壓阻力系數(shù)，降低波紋管工作狀態(tài)下的壓力損失，可以設(shè)法將波紋管波形制成“S”形或“ ”形。這樣，單位長度上的波紋數(shù)不變，內(nèi)腔近似光壁管，壓力損失自然相對(duì)減小一些。
雙層比單層的工作性能好。這說明，金屬軟管振動(dòng)破壞與光壁摩擦?xí)r振動(dòng)能的輸出有關(guān)。這種振動(dòng)是在激勵(lì)脈動(dòng)頻率與固有頻率重合時(shí)發(fā)生的。要消除共振，必須限制液體流動(dòng)的速度，改變縱向剛度或?qū)φ駝?dòng)采取更有效的阻尼。
金屬軟管的振動(dòng)破壞在很大程度上與脈動(dòng)壓力的振動(dòng)幅值有關(guān)。
隨著振動(dòng)幅值的增加，破壞金屬軟管所需的循環(huán)次數(shù)逐漸減少。振動(dòng)幅值增加，工作能力下降。
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