1．本课题研究背景、目的及意义

在现代管道技术中,管道的热变形、机械变形、各种振动、大型贵重设备与管道间的柔性连接等都离不开波纹膨胀节。随着市场经济的出现和发展,对波纹膨胀节的需求量也不断地增长。而波纹膨胀节的设计制造,又具有投资小、利润高、见效快等特点。伴随着波纹膨胀节应用领域的不断拓展和生产的逐步普及,使用过程中问题也很多,有些直接危及人的生命和财产的安全。对此国家有关行政主管部门设立了压力管道安全监督部门,即对压力管道受压元件进行安全注册,使其规范化,这对作为受压元件之一的波纹膨胀节的型式试验提出了严格的要求。

波纹膨胀节的型式试验项目,主要包括外观、结构尺寸、刚度、补偿量、气密性、耐压力、稳定性、焊缝、疲劳寿命等等^[1]。疲劳寿命是最为重要的检验项目之一,是波纹膨胀节在管系中实际使用情况的一种较为理想的模拟试验,通常在常温下进行。实测波纹膨胀节疲劳寿命次数与设计的许用疲劳寿命次数比值大小,反映了设计是否符合要求,运行是否安全可靠,且成本是否最低。因此, 金属波纹管膨胀节寿命试验装置控制系统的设计具有十分重要的意义。

2．本课题相关理论研究及现状^[16]

疲劳及可靠性理论与方法开始于20世纪90年代, W irsch ing 等做过有益探索, 国内李永生教授等^[2-4] 在波纹管疲劳方面也做过类似的研究。在波纹管的低周疲劳寿命中, 如仅根据Co ffin- Manson 或Sm ith - Watson- Topper等假设,在ɡ- N 方程中个别或全部材料常数服从某一分布的独立随机变量, 既近似也无法合理确定, 又没有考虑循环关系的随机性,很难准确计算出它的可靠疲劳寿命。尽管如此, 在疲劳寿命可靠性研究方面仍面临着巨大的瓶颈^[9-10], 对其疲劳机理的研究仍然不够成熟。与之同时, 出现了一系列相关的问题,主要有:

( 1)疲劳寿命计算通常不如强度计算精确,疲劳寿命的分散性也远远大于强度分散性;

( 2)疲劳寿命特性很难从其他机械特性中精确地推断出来, 必须通过试验和相关的数据统计才能得到;

( 3)同批波纹管产品、同样环境下得到的测试结果可能大相径庭, 这就需要统计数据来释;

( 4)为了获得高可靠性, 对于重要的产品和结构必须进行”失效安全” ^[3]设计, 即使一个纹管组件失效, 整个结构仍然保持完好且在短期内仍能承载。

3．波纹管膨胀节的发展概况及现状