金属软管文献——外压的三种失稳形式

常见的失稳形式有平面失稳和柱状失稳两种,外压也可能出现类似外压圆筒的弹性失稳和塑性失效. 金属软管作为道热补偿元件，在石化、冶金、供热、电力等领域被广泛地应用，经过不断探索研究，常规的金属软管设计计算已趋于成熟。但随着社会经济的发展，新的应用领域的开发，对于金属软管应用要求不断提高，相应的带来了许多新的问题。近年来，外压在供热道中大量应用，关于承受外压的的设计方法，GB12777、EJMA和ASME B31.3等国内外相关标准中均与承受内压的相似。但随着供热技术进步和节能技术的应用，金属软管产品口径逐渐增大，对其补偿性能指标也不断提高，外压产品的失效时有发生，并且出现了与内压有所区别的失效形式，需要对外压进一步研究。常见的失稳形式有平面失稳和柱状失稳两种，外压也可能出现类似外压圆筒的弹性失稳和塑性失效。外压工作时受拉伸，不会发生柱状失稳，因此失效形式可能是平面失稳或者外压失稳。

1）平面失稳平面失稳指一个或多个平面发生移动或偏转，变形的特点是一个或多个出现倾斜或翘曲，表现为是波距变得不均匀。造成平面失稳的原因主要是由于沿子午向作用的弯曲应力过大，并在金属软管和波谷形成了塑性铰。

2）外压失稳外压稳定性是将其视为一个与其长度相同的圆筒按照压力容器规范进行校核。外压容器失稳的定义时在外压作用下筒体突然失去原有形状而被压瘪或出现博文的现象，称为外压容器的失稳。失稳形式有侧向失稳、轴向失稳和局部失稳三种。侧向失稳：主要承受侧向外压，变形为横截面由圆形变成；局部失稳：局部外压，变形为局部径线由直线变成曲线；轴向失稳：承受轴向外压，变形为径线由直线变为曲线。外压轴向为拉伸载荷，不需要校核轴向稳定性。根据EJMA第九版4.15所述，承受外压的的周向稳定性是将与相连接的接作为一个整体来校核。

3）拉伸位移的影响通过稳定性试验和非线性有限元计算研究了在外压和位移同时作用下的稳定性，指出拉伸位移对的稳定性具有不利的影响。中平面失稳计算公式中增加了拉伸位移对压力的影响。对于外压周向稳定性校核，是将视为轴向不发生变化的刚性外压圆筒，仅校核其径向承受外压的能力，并未考虑实际工况中是发生轴向拉伸位移的弹性元件，目前相关标准中没有给出理论计算方法。外压相当于一个受压力的拱梁，工作时拉伸，金属软管的直径不变，同时，金属软管为了协调变形，发生位移，在外压产生的周向压应力和径向收缩变形共同作用下，金属软管处形成了塑性铰，有向下塌陷的趋势。因此，当外压和拉伸位移同时作用时，侧壁和圆弧连接处首先出现屈服，并随着载荷增加，屈服的面积逐渐扩大，在金属软管处应力集中共同的作用下，侧壁屈服一面出现了褶皱和金属软管塌陷的局部失稳现象。

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