波纹管膨胀节是一种由一个或几个波纹管及构件构成的轴对称管状壳体,因其具有补偿热位移、减振降噪、保护设备等特性,在航空航天、石油化工、管道连接、核工业、汽车制造等行业中广泛应用。波纹管工作时需在承压状态下吸收振动位移,因此对其多项性能有较高要求。传统的基于各种物理试验来确保波纹管的各项性能,需进行多次重复试验,有设计研发周期漫长、经费过高等弊端,因此通过有限元法模拟计算多层波纹管的性能有很高究价值。本文针对某多层波纹管的实际状态,建立了有限元模型,基于ANSYS软件分析研究了多层波纹管的结构参数对其轴向刚度、稳定性、疲劳寿命的影响关系,探索了一种通过设计正交试验结合有限元模拟仿真来优化多层波纹管结构参数的新方法。本文主要内容如下:通过对多层U形波纹管建立弹塑性模型在考虑接触关系与大变形的条件下进行模拟分析,发现波纹管的疲劳破坏因其塑性应变的累积造成,波峰、波谷处为其疲劳破坏危险点。对比理论计算和有限元分析结果,两者结果有一定误差,因有限元分析中考虑了诸多影响因素,认为有限元分析结果相较理论计算更加贴近多层波纹管的实际状态;且相较物理试验法更加经济实惠。使用控制变量法分析计算同工况不同结构参数下波纹管的性能变化,发现改变结构参数会使其轴向刚度与稳定性发生变化,从而影响波纹管的疲劳寿命。分析计算结果可知,波高与壁厚的变化对多层波纹管的性能影响较大,波高、波距、壁厚三者参数的变化对其轴向刚度的影响规律同稳定性的影响规律一致,同其疲劳寿命影响规律相反。从多层波纹管的结构因素波高、波距、壁厚方面入手,设计正交试验,结合有限元仿真模拟计算得出各组合方案的性能数据,对正交试验结果进行分析,综合考虑其满足工作需求的刚度、稳定性等性能,得到更优于初始模型性能的结构参数组合方案。结果证明,这种对多层U形波纹管结构参数进行优化设计的方法切实可行,能提高产品的设计研发效率。