定義：
波紋管是一種在軸截面上呈連續波紋狀的薄壁殼體，可實現密封條件下的多自由度位移補償功能，是流體系統中應用廣泛的彈性補償元件。 

分類：
按照單波波紋形狀，可分為U型波紋管及Ω型波紋管；按照波紋管整體形狀，可分為圓柱形波紋管及矩形波紋管：
按照材質分類，波紋管主要分為金屬波紋管、非金屬波紋管兩類，常用材料有不銹鋼、青銅、黃銅、蒙乃爾合金、聚四氟和因康鎳爾合金等；
按照成型工藝分類，波紋管主要有液壓成型式、機械脹形式、電沉積式、機械輥壓式等；
按結構可分為單層和多層；多層波紋管強度高，耐久性好； 
按照承壓方式，波紋管可分為外壓波紋管及內壓波紋管兩種。

主要用途：
金屬波紋管主要應用于補償管線熱變形、減震、吸收管線沉降變形等作用，廣泛應用于石化、儀表、航天、化工、電力、水泥、冶金等行業；塑料等其他材質波紋管在介質輸送、建筑工程、電力穿線、機床、家電等領域有著不可替代的作用；同時波紋管因其具有的彈性元件特性，也用于連軸節及傳感器等產品中。

設計及選型：
目前主流設計的參考有美國《膨脹節制造商協會標準》EJMA及《金屬波紋管膨脹節通用技術條件》GB/T 12777等，以及英國BS 6129 PART 1《金屬波紋膨脹節》、德國AD 壓力容器規范B13《單層波形膨脹節》、法國CODAP C.8章《波形膨脹節設計規定》、日本JIS B 8277《壓力容器的膨脹節》及JIS B 2352《波紋管膨脹節》等。設計及使用選型通常要考慮產品的補償能力、有效面積、失穩性能、剛度、壽命、耐壓、介質溫度及氣候溫度條件等參數及性能。
金屬波紋管設計的理論基礎是板殼理論、材料力學、計算數學等。波紋管設計的參數較多，由于波紋管在系統中的用途不同，其設計計算的重點也不一樣。例如，波紋管用于力平衡元件，要求波紋管在工作范圍內其有效面積不變或變化很小，用于測量元件，要求波紋管的彈性特性是線性的；用于真空開關管作真空密封件，要求波紋管的真空密封性、軸向位移量和疲勞壽命；用于閥門作密封件，要求波紋管應具有一定的耐壓力、耐腐蝕、耐溫度、工作位移和疲勞壽命。根據波紋管的結構特點，可以把波紋管當作圓環殼、扁錐殼或圓環板所組成。設計計算波紋管也就是設計計算圓外殼、扁錐殼或團環板。

主要性能：
1.位移特性

金屬波紋管及彈性元件中某一特定點（自由端或中心）的位置變化。按照其運動軌跡，可分為線位移和角位移。在外界載荷作用下，金屬波紋管可能產生軸向位移、角向位侈及橫向位移。金屬波紋管及彈性元件在額定載荷作用下所引起的位移值，也就是它們在正常使用條件下允許產生的工作位移。
各類彈性元件在工作瞬間或試驗期間允許超過額定位移的承受能力。在發生超載位移時，彈性元件不應發生損壞、失效、失穩等情況。對于儀表彈性敏感元件，超載位移一般限定在額定位移的125%，工程中使用的波紋管類組件，應根據工程條件和安全程度確定。
波紋管不產生塑性變形情況下所能獲得的最大位移稱為波紋管的允許位移。對于工作在壓縮狀態的波紋管，它的最大壓縮位移是：波紋管在壓力作用下，壓縮到波紋之間相互彼此接觸時所能產生的最大位移值，也稱為結構允許最大位移，它等于波紋管自由長度與最大壓縮長度之差。
波紋管在實際工作過程中會產生殘余變形，殘余變形又稱永久變形或塑性變形，波紋管在力或壓力作用下產生變形，當力或壓力卸除后，波紋管不恢復原始狀態的現象稱殘余變形，殘余變形通常用波紋管不恢復原始位置的量來表示又稱零位偏移。
波紋管位移與零位偏移之間的關系，無論拉伸還是壓縮位移，在波紋管位移的起始階段，它的殘余變形量都很小，一般都小于波紋管標準中規定的允許零位偏移值。但是，當拉伸（或壓縮）位移量逐漸增大到超過一定的位移值后，會引起零位偏移值的突然增大，這表示波紋管產生比較大的殘余變形，在這之后．如果再增大一點位移量，殘余變形將顯著增加。所以波紋管一般不應超過這個位移量，不然將會嚴重的降低其精度、穩定性和可靠性以及使用壽命。
波紋管在壓縮狀態下工作時的允許壓縮位移量比工作在拉伸狀態下的允許拉伸位移量要大一些，所以在設計波紋管時應盡可能讓波紋管在壓縮狀態下工作。通過實驗發現，在一般情況下，同一材料、同一規格的波紋管，其允許的壓縮位移是允許的拉伸位移的1.5倍。
允許位移與波紋管的幾何尺寸參數及材料性能有關。一般情況下，波紋管的允許位移大小與材料的屈服強度及外徑的平方成正比，而與材料的彈性模量、波紋管的壁厚成反比。同時，相對波深、波厚對它也有一定影響。

2.剛度：

使金屬波紋管或其它彈性元件產生單位位移所需要的載荷值稱為元件的剛度，一般用“K”表示。如果元件的彈性特性是非線性的，則剛度不再是常數，而是隨著載荷的增大發生變化。一般工程用的波紋管類彈性元件，剛度允差可限定在+/-50%之內。波紋管的剛度按照載荷及位移性質不同，分為軸向剛度、彎曲剛度、扭轉剛度等。在波紋管的應用中，絕大多數的受力情況是軸向載荷，位移方式為線位移。以下是幾種主要的波紋管軸向剛度設計計算方法：
?能量法計算波紋管剛度
?經驗公式計算波紋管剛度
?數值法計算波紋管剛度
?EJMA 標準的剛度計算方法
?日本TOYO 計算剛度方法
?美國KELLOGG（新法）計算剛度方法
除了上述六種剛度計算方法之外，國外還有許多種其它的計算剛度的方法，在此不再介紹。

3.波紋管的應力

金屬波紋管作為彈性密封零件，首先要滿足強度條件，即其最大應力不超過給定條件下的許用應力。許用應力可由極限應力除以安全系數得出。根據波紋管的工作條件和對它的使用要求，極限應力可以是屈服強度，也可以是波紋管失穩時的臨界應力，或者是疲勞強度等。要計算波紋管最大工作應力必須分析波紋管管壁中的應力分布。
波紋管上的應力是由系統中的壓力和波紋管變形所產生的。壓力在波紋管上產生環（周向）應力，而在波的側壁、波谷和波峰處產生徑向的薄膜和彎曲應力。不能抗彎的薄殼有時稱為薄膜，忽略彎曲而算得的應力則稱為薄膜應力。波紋管變形時產生徑向薄膜應力和彎曲應力。波紋管在工作時，有的承受內壓，有的承受外壓，例如波紋膨脹節和金屬軟管在多數情況下其波紋管承受內壓，而用于閥門閥桿密封的波紋管一般情況下承受外壓在這里主要分析波紋管承受內壓時的應力，波紋管承受外壓的能力一般情況下高于耐內壓能力。隨著波紋管的廣泛應用，人們對波紋管的應力進行大量的分析研究和實驗驗證工作，提出了許多供工程設計使用的計算公式、計算程序和圖表。但是，有的方法由于圖表或程序繁復使用不方便，有的方法假設條件不是過于簡化就是過于理想，難以保證使用上的安全可靠，不少方法未能為工程界所接受。因此，真正符合實用要求的方法為數不多。應用比較普遍的方法有如下兩種：
?數值法計算波紋管應力
假定波紋管的全部波紋都處于同一條件下，在計算時只研究波紋管波紋的單個半波。這樣，在研究中就不考慮端部波紋，雖然端部波紋的邊界條件與中間波紋有所不同。數值法是根據E．列斯涅爾對于變壁厚回轉薄殼產生軸向對稱變形時所列的非線性方程來解的。在推導E．列斯涅爾方程時，應用了薄殼理論的一般假定，其中包括：與環殼曲率主半徑相比厚度很小的假定；材料的均一性和各向同性的假定。采用上述假定也會給計算帶來一定的誤差。因為在制造波紋管時，管坯的軋制，拉深和隨后的波紋塑性成形會造成材料力學性能上的各向異性和不均勻性。
?美國EJMA 應力計算方法

4.使用壽命

波紋管的壽命是在工作條件下使用時，能保證正常工作的最短工作期限或循環次數。用波紋管組成的彈性密封系統，經常在承受較多循環次數的變動載荷和較大位移的條件下工作，因此確定波紋管的使用壽命，具有重要意義。因為波紋管的作用不同，對其使用壽命的要求也不一樣。
（1）波紋管用來補償管路系統中因安裝造成的位置偏差時，對其壽命要求只有幾次就夠了。
（2）波紋管用于開關頻率較高的恒溫控制器中，其壽命要達到10000次才能滿足使用要求。
（3）波紋管用于真空開關作為真空密封件時，其壽命要達到30000次才能保證正常工作。
從上面三種使用實例中可見，由于使用條件不同，波紋管要求的使用壽命相差很大。波紋管壽命與所選用材料的疲勞特性有關，同時也取決于成形波紋管的殘余應力的大小、應力集中的情況和波紋管的表面質量等。此外，使用壽命與波紋管的工作條件有關。例如：波紋管工作時的位移、壓力、溫度、工作介質、振動條件、頻率范圍、沖擊條件等。
波紋管在工作過程中，其壽命長短主要取決于工作過程中產生的最大應力。為了降低應力，一般通過減少波紋管的工作位移和降低工作壓力來實現。在一般設計中規定波紋管的工作位移應小于它的允許位移的一半，它的工作壓力應小于波紋管的耐壓力的一半。應用多層波紋管可以降低剛度和變形引起的應力，因而可以在很大程度上提高波紋管的壽命。
對生產的波紋管進行試驗證明，如果波紋管按上述規范工作，它的便用壽命基本土可達到5萬次左右。
根據工作壓力性質的不同，波紋管的允許位移也有所區別，一般波紋管只承受軸向載荷（拉力或壓力）時，它的允許位移可在波紋管有效長度的10%~40%之間選用；而在波紋管承受橫向集中力、扭轉力矩或綜合受力時，波紋管的允許位移應適當減小。
波紋管在其它情況相同而工作壓力性質（恒定或交變載荷）不同的條件下工作時，其使用壽命將有差別。顯然，在交變載荷下工作時，波紋管的壽命比恒定載荷下工作時要短一些。

5.密封性

密封性是指元件在一定的內、外壓差作用下保證不泄漏的性能。波紋管類組件工作時，內腔充有氣體或液體介質，并有一定的壓力，因此必須保證密封性。密封性的檢測方法有氣壓密封性試驗、滲漏試驗、液體加壓試驗、用肥皂水或氦質譜檢漏儀檢測。

6.耐壓力

耐壓力是波紋管性能的一個重要參數。波紋管在常溫時，波形上不發生塑性變形所能承受的最大靜壓力，即為波紋管的最大耐壓力在一般情況下，波紋管是在一定的壓力（內壓或外壓）下工作的，所以它在整個工作過程中必須承受這個壓力而不產生塑性變形。
波紋管的耐壓力實際上屬于波紋管的強度范疇。計算的關鍵是應力分析，也就是分析波紋管管壁上的應力只要波紋管管壁上最大應力點的應力不超過材料的屈服強度，波紋管所受的壓力就不會達到其耐壓力。同一波紋管在其它工作條件相同時，受外壓比受內壓時的穩定性要好，所以，受外壓作用時的最大耐壓力比受內壓時高。
當波紋管兩端固定，如果在其內腔通入足夠大的壓力時，波紋管波峰處有可能爆破損壞。波紋管開始出現爆破時波紋管內部的壓力值稱為爆破壓力。爆破壓力是表征波紋管最大耐壓強度的參數。波紋管在整個工作過程中，其工作壓力遠小于爆破壓力，否則波紋管將破裂損壞。當波紋長度小于或等于外徑時，其計算結果和實際爆破壓力很接近；對細長型波紋管其實際爆破壓力要低很多。爆破壓力大約為允許工作壓力的3-10倍。

7.穩定性

當波紋管兩端都受到限制時，如果波紋管內壓力增大至某一臨界值，波紋管就會產生失穩現象。波紋管失穩形式有平面失穩及柱失穩，如下圖：

8. 自振頻率

在工業中使用的彈性元件，其工作環境往往都有一定程度的振動，有些元件用作隔振部件．本身就處在振動條件下。對于在特殊條件下應用的彈性元件，必須防止元件的自振頻率（特別是基頻）與系統中任何一種振動源振頻相近，避免發生共振而引起損壞。波紋管類組件在各種領域中得到了廣泛的應用，為避免波紋管發生共振面損壞，波紋管的固有頻率應低于系統的振動頻率，或至少比系統振頻高出50%。

9. 使用溫度

金屬波紋管類組件的使用溫度范圍很寬，一般都在彈性元件設計制造前給出。有些特殊用途的波紋管，內腔通過液氧（-196℃）或更低溫度的液氮，耐壓高達25MPa 。管網系統連接用的大型波紋膨脹節（公稱直徑有時超過lm ），要求承壓4MPa，耐溫400℃，且有一定的耐腐蝕穩定性。彈性元件的溫度適應能力取決于所采用彈性材料的耐溫性能。因此根據彈性元件的使用溫度范圍，選用合適溫度性能參數的彈性材料，才能加工制造出合格的波紋管類組件。

10. 有效面積

有效面積是波紋管的基本性能參數之一，它表征波紋管將壓力轉換為集中力的能力，在利用波紋管把壓力變成集中力輸出的場合，有效面積就是一個重要參數。波紋管用于力平衡式儀表時，其有效面積的穩定性會直接影響著儀表的精度。所以在這種場合不但要求波紋管具有合理的有效面積，而且還要求有效面積在工作過程中不隨工作條件而變化。

檢測及產品標準：

溫馨提示：

波紋管壽命試驗過去采用等效軸向位移方式進行產品壽命考核，不能真實模擬實際工況，因此得出的相應測試數據不能真實反應產品的性能；采用實際位移如軸向與徑向位移同時進行測試考核，可以真實的反應產品補償能力及壽命，是更為科學嚴謹的測試方式。