金属软管具有良好的柔性，常被用于储油罐与管道的软连接，现已广泛应用于矿山、石油、化工、冶金、电力、航海、航天等工程设备中，起密封、吸振、降噪、储能、热补偿和介质隔离等作用。金属软管由波纹管、网套及接头等构成。波纹管是金属软管的主体，起挠性的作用；网套起加强、屏蔽的作用；接头起连接的作用。由于波纹软管结构复杂，在工作中承受多种载荷，对其进行分析计算存在着较大困难，目前的研究主要集中在主体波纹管上，并且均未考虑波纹管端部过渡波(位于波纹管端部比整波低一些的波)对波纹软管及网套的影响；对于网套的研究也很少见。

本文利用ANSYS中的APDL语言，对QPB一s50×190型波纹管建立波纹管和网套的有限元模型，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网套的影响，以及波纹管与网套之间的间隙对于网套应力的影响，使有限元模型与实物更趋于接近。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 网套的力学性能分析

在金属软管的结构设计中，为了提高波纹管的承载能力，避免其遭受机械方面的损伤，必须采取相应的加强和保护措施，通常采用钢丝网套的结构形式，编织了网套的波纹管，其承载能力可以提高十几甚至几十倍。网套与波纹管之间存在一定的间隙，当金属软管受力不同时，网套所起的作用也不尽相同，由于网套可以在波纹管上产生滚动和滑动，所以其变形属于几何非线性；由于网套在承载时伴有大位移、大转动与大应变，所以又属于材料非线性。金属软管结构见图1。

然而，在金属软管受到拉伸变形时，其螺旋角不断发生改变，并且很难测量，所以建立一个合理的有限元模型，用有限元的方法模拟网套的应力分布就显得非常重要。而在建立网套有限元模型时，由于网套与波纹管之间存在耦合，在端部极易出现应力集中。根据波纹管的实际情况，对波纹管的模型进行了修正，提出了在波纹管端部建立小波。所谓过渡波是指比整波低一些的波(也称之为小波)。以往波纹管有限元模型是为了简化模型，所以没有考虑过渡波，经过有限元模拟证明，过渡波对于降低网套的应力集中起着非常重要的作用。

试验基础：选用QPB一$50×190试件若干，在NCS一1台式材料试验机上分别进行轴向拉伸和压缩试验，用 —l，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。

2 有限元模型的建立

采用八节点空间壳单元Shell93描述波纹管，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，Beam189单元具有三个节点，每个节点具有6个自由度，能够很好地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，减缓了在端部网套的应力集中。在波纹管主体，网套与波纹管之间采用径向位移一致，利用约束方程建立他们之间的耦合关系，其……