80年代以来,科学技术取得了突飞猛进地变化,各种新原理的传感器和变送器相继问世,仪表弹性元件的应用受到了限制。但是,由于波纹管类弹性元件具有性能稳定、使用可靠等特点,它们在压力、轴向力、横向力以及变矩的作用下能够产生很大的位移。这些性能使波纹管及其组件在各种技术领域中得到了新的应用。
第二次世界大战以后,随着工业生产和科学技术的迅速发展,波纹管、膜片膜盒等弹性元件在基础理论、设计计算、制造技术等方面都得到了进一步的发展和提高。由于气动和电动单元组合仪表的广泛应用,使波纹管类弹性元件进入了大量生产和使用阶段。60-70年代是仪表弹性元件的发展期,随着仪器仪表与控制系统的大批应用,对波纹管、膜片膜盒弹性元件的需求增加。前苏联每年波纹管的生产虽约为数百万个,美国有近30家波纹管生产厂。金属软管、波纹膨胀节和波纹管换热器的出现及其大量使用,波纹管用作连接、补偿和换热元件已成为重要的应用领域,它们已突破仪表弹性元件的范畴,主要用于电力、冶金、石化和集中供暖等行业管网系统中,作为柔性连接与热补偿构件,也可做成换热系统中的热交换器。传统的波纹管类弹性元件已向新的应用领域扩展,这已成为波纹管类组件的发展趋势。
金属波纹管作为弹性密封零件,首先要满足强度条件,即其最大应力不超过给定条件下的许用应力。许用应力可由极限应力除以安全系数得出。根据波纹管的工作条件和对它的使用要求,极限应力可以是屈服强度,也可以是波纹管失稳时的临界应力,或者是疲劳强度等。要计算波纹管最大工作应力必须分析波纹管管壁中的应力分布。
波纹管上的应力是由系统中的压力和波纹管变形所产生的。压力在波纹管上产生环应力,而在波的侧壁、波谷和波峰处产生径向的薄膜和弯曲应力。不能抗弯的薄壳有时称为薄膜,忽略弯曲而算得的应力则称为薄膜应力。波纹管变形时产生径向薄膜应力和弯曲应力。波纹管在工作时,有的承受内压,有的承受外压,例如波纹膨胀节和金属软管在多数情况下其波纹管承受内压,而用于阀门阀杆密封的波纹管一般情况下承受外压在这里主要分析波纹管承受内压时的应力,波纹管承受外压的能力一般情况下高于耐内压能力。但是,有的方法由于图表或程序繁复使用不方便,有的方法假设条件不是过于简化就是过于理想,难以保证使用上的安全可靠,不少方法未能为工程界所接受。