金属软管因其具有良好的密封性、耐压性、耐高低温性、耐一定的腐蚀性及可绕曲等性能，成为现代管路中必不可少的元件。金属软管可用于化工的管道系统、过热蒸气管、液压和气压设备的高压管道、传输毒爆介质的管道等，所起的作用就是吸收往复运动、吸收热膨胀、吸收振动、补偿管路的安装偏差等。由于金属软管在工作中受力复杂、工作条件恶劣，所以精确的表示金属软管的受力情况存在着相当的困难。金属软管大体上由波纹管、网套及接头三大部分构成。波纹管是金属软管的主体，起着绕性的作用；网套起加强、屏蔽的作用；接头起着连接的作用。目前的研究主要集中在主体波纹管上，并且均未考虑端部过渡波的影响，网套的研究就更为少见。

  利用ANSYS中的APDL语言，建立了波纹管和网套的参数化有限元模型，利用约束方程建立网套与波纹管之间的关系，并考虑了端部过渡波对波纹管和网套的影响，由于网套是由许多根钢丝按一定的螺旋角盘绕而成，其应力对约束非常敏感，特别是在端部，更容易应力集中，约束稍加不当，应力会迅速上升，所以给网套施加合理的约束非常重要，本文采用Beam189非线性梁单元对网套进行建模，Beam189具有六个自由度，ROTX、ROTY、ROTZ三个转动自由度和ux、uY、UZ三个位移自由度，在端部本文采用限制 、UY、UZ三个位移方向的移动，但可以沿 、y、z轴自由转动，在过渡波处，本文采用网套与过渡波在锥面(波纹管在过渡波处可以拟合为锥面)的法向位移一致。本文对金属软管静态特性进行有限元分析，得到了静态特性曲线，并将结果与试验结果进行比较，验证了有过渡波时其结果与试验结果更接近，说明了加过渡波的金属软管有限元模型更合理。为金属软管的进一步研究提供了更为合理的有限元模型。

1有限元模型

波纹管我们采用八节点空间壳单元Shell93来描述，Shell93单元具有大变形、大应力等特点，符合波纹管的大变形的非线性特征；网套采用Beam189三节点空间梁单元，能够承受拉伸、压缩、弯曲、扭转等特性，符合网套的受力特征，Beam189单元具有三个节点，每个节点具有6个自由度，能够很好的表征网套在波纹管上的滚动和滑动的特征。在波纹管两端部建立过渡波，有效降低了在端部网套的应力集中。在波纹管的两端部增大了网套的编制角，起到限制端部网套的大幅度滑移。约束条件的界定：在金属软管的一端，采用波纹管全部固定，网套的UX、 ，、UZ全部固定，另一端施加各种约束条件。在波纹管与网套之间利用约束方程建立耦合关系。

2试验基础

我们采用的试验是选用QPB一$50x190试件若干，在NCS—l台式材料试验机上分别轴向拉伸、压缩和弯曲试验，用x—Y函数记录仪记录载荷一位移相应曲线，作为有限元计算的参考依据。

3算例分析

以QPB一$50x190双层金属软管的试验和有限元分析为例，对其试验结果和有限元分析数据进行了比较。网套在建模时我们采用四锭一根，总共8根钢丝进行计算，然后按照线性插值得到多根钢丝的支反力，这样既可以保证精度，又可以大大节约计算机时。试样材料为1Crl8Ni9Ti，弹性模量为196GPa，塑性模量为257MPa，屈服强度为257MPa，密度为7．8xlO3kg／m3,~fl松比为0．3，其几何参数如表1所示，长度单位为lnln。角度的单位为度。

3.金属软管受到拉伸时的分析比较

我们以试样拉伸16mm为例，经有限元分析得到其支反力随变形量的关系曲线图，如图1所示：

从图中我们可以看出，金属软管在受到拉伸时呈现出非线性，符合金属软管的非线性大变形特征。……