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作为弹性变形补偿结构,膨胀节在航天航空、石化、电力、汽车和船舶等行业应用广泛。随着工业生产规模的扩大,波纹管膨胀节日趋大型化,结构亦日趋复杂化。对于膨胀节的这种发展趋势,现有的膨胀节设计标准需要不断更新和完善,膨胀节设计和分析手段也需要不断研究和实践。本论文利用有限元法对管道用Ω形波纹管膨胀节和单式及万向铰链型波纹管膨胀节进行分析,主要内容有：(1)本论文采用了常规设计和有限元分析两种方法对Ω形波纹管进行设计。常规设计参考GB/T12777-2008《金属波纹管膨胀节通用技术条件》标准；有限元法则借助ANSYS软件,采用PLANE 182轴对称单元建立波纹管分析模型。有限元分析得到的各项应力与常规设计结果比较一致。(2)分别采取应力分类法和极限载荷法对DN2200mm和DN5500mm两种单式铰链型膨胀节以及DN2200mm和DN6200mm两种万向铰链型膨胀节进行应力以及位移计算,并在极限载荷分析基础上,应用正交试验法对各设计实例进行轻量化分析和刚度增强设计。结果表明,极限载荷法更加适合大型铰链型膨胀节的设计。(3)利用ANSYS软件中的优化模块对Ω形波纹管的波距q、平均半径r,壁厚T以及开口外壁曲率半径r0四个主要波形参数进行了以波纹管质量为目标的优化设计。为实现内压和位移两种工况条件的同时优化,需要在一个有限元界面内建立两个独立的波纹管模型,分别施加这两种载荷。优化后波纹管的总质量减少了54.97%。(4)利用VB对ANSYS软件进行二次开发,编写出U形波纹管和Ω形波纹管自动化优化设计软件,实现波纹管的轻量化设计。