金屬波紋管膨脹節(jié)作為管道熱補(bǔ)償元件，在石化、冶金、供熱、電力等領(lǐng)域被廣泛地應(yīng)用，經(jīng)過不斷探索研究，常規(guī)的波紋管膨脹節(jié)設(shè)計計算已趨于成熟。但隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，新的應(yīng)用領(lǐng)域的開發(fā)，對于波紋管膨脹節(jié)應(yīng)用要求不斷提高，相應(yīng)的帶來了許多新的問題。近年來，外壓金屬波紋管在供熱管道中大量應(yīng)用，關(guān)于承受外壓的金屬波紋管的設(shè)計方法，GB12777、EJMA和ASME B31.3等國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中均與承受內(nèi)壓的金屬波紋管相似。但隨著供熱技術(shù)進(jìn)步和節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，金屬波紋管膨脹節(jié)產(chǎn)品口徑逐漸增大，對其補(bǔ)償性能指標(biāo)也不斷提高，外壓金屬波紋管產(chǎn)品的失效時有發(fā)生，并且出現(xiàn)了與內(nèi)壓金屬波紋管有所區(qū)別的失效形式，需要對外壓金屬波紋管進(jìn)一步研究。

　　常見的金屬波紋管失穩(wěn)形式有平面失穩(wěn)和柱狀失穩(wěn)兩種，外壓金屬波紋管也可能出現(xiàn)類似外壓圓筒的彈性失穩(wěn)和塑性失效。外壓金屬波紋管工作時受拉伸，不會發(fā)生柱狀失穩(wěn)，因此失效形式可能是平面失穩(wěn)或者外壓失穩(wěn)。

　　1）平面失穩(wěn)

　　平面失穩(wěn)指一個或多個波紋平面發(fā)生移動或偏轉(zhuǎn)，變形的特點(diǎn)是一個或多個波紋出現(xiàn)傾斜或翹曲，表現(xiàn)為是波距變得不均勻。造成平面失穩(wěn)的原因主要是由于沿子午向作用的彎曲應(yīng)力過大，并在波峰和波谷形成了塑性鉸。

　　2）外壓失穩(wěn)

　　金屬波紋管外壓穩(wěn)定性是將其視為一個與其長度相同的圓筒按照壓力容器規(guī)范進(jìn)行校核。外壓容器失穩(wěn)的定義時在外壓作用下筒體突然失去原有形狀而被壓癟或出現(xiàn)博文的現(xiàn)象，稱為外壓容器的失穩(wěn)。失穩(wěn)形式有側(cè)向失穩(wěn)、軸向失穩(wěn)和局部失穩(wěn)三種。

　　側(cè)向失穩(wěn)：主要承受側(cè)向外壓，變形為橫截面由圓形變成波形（扁了、癟了）；

　　局部失穩(wěn)：局部外壓，變形為局部徑線由直線變成曲線；

　　軸向失穩(wěn)：承受軸向外壓，變形為徑線由直線變?yōu)榍€。

　　外壓金屬波紋管軸向?yàn)槔燧d荷，不需要校核軸向穩(wěn)定性。根據(jù)EJMA第九版4.15所述，承受外壓的金屬波紋管的周向穩(wěn)定性是將金屬波紋管與相連接的接管作為一個整體來校核。

　　3）拉伸位移的影響

　　通過穩(wěn)定性試驗(yàn)和非線性有限元計算研究了金屬波紋管在外壓和位移同時作用下的穩(wěn)定性，指出拉伸位移對金屬波紋管的穩(wěn)定性具有不利的影響。EJMA中平面失穩(wěn)計算公式中增加了拉伸位移對壓力的影響。對于外壓金屬波紋管周向穩(wěn)定性校核，是將金屬波紋管視為軸向不發(fā)生變化的剛性外壓圓筒，僅校核其徑向承受外壓的能力，并未考慮實(shí)際工況中金屬波紋管是發(fā)生軸向拉伸位移的彈性元件，目前相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中沒有給出理論計算方法。

　　外壓金屬波紋管相當(dāng)于一個受壓力的拱梁，工作時金屬波紋管拉伸，波峰的直徑不變，同時，波峰為了協(xié)調(diào)變形，發(fā)生位移，在外壓產(chǎn)生的周向壓應(yīng)力和徑向收縮變形共同作用下，波峰處形成了塑性鉸，有向下塌陷的趨勢。因此，當(dāng)外壓和拉伸位移同時作用時，側(cè)壁和圓弧連接處首先出現(xiàn)屈服，并隨著載荷增加，屈服的面積逐漸擴(kuò)大，在波峰處應(yīng)力集中共同的作用下，波紋側(cè)壁屈服一面出現(xiàn)了褶皺和波峰塌陷的局部失穩(wěn)現(xiàn)象。