在干气密封系统中,弹性元件的性能决定着系统的效率以及使用周期。过去弹簧被作为其中的弹性元件,直到人们发现相比较弹簧,金属波纹管轴向浮动性、缓冲补偿能力、耐腐蚀耐高温等性能更佳。本文主要对干气密封单圆弧焊接金属波纹管结合实际工况进行力学性能的研究和疲劳寿命分析。首先,对单圆弧焊接金属波纹管弹性阶段轴向刚度开展研究。借助工程近似的思想运用卡氏定理推导出单圆弧焊接金属波纹管轴向刚度的求解公式。在Solidworks软件建立单圆弧焊接金属波纹管三维模型,导入有限元软件进行分析求解。分别将工程近似法、经验公式、有限元法所求的轴向刚度解进行综合分析;经验公式所得结果与其它两种方法相差很大;工程近似法推导出来的轴向刚度计算公式所得值与有限元法所得结果误差在可接受范围内,彼此印证了自身方法的可行性。经验公式之所以偏差较大是因为其忽略了横向波形对轴向刚度的影响,不适用于精确计算。其次基于Ansys Workbench工程平台对简化后的单圆弧焊接金属波纹管平面模型开展静力学分析和疲劳寿命分析。这一章有限元分析是结合3000rpm液态烃泵的实际应用工况开展的。静力分析得出单圆弧焊接金属波纹管的应力最大点在焊接菇处,为173.7MPa。疲劳寿命分析得到单圆弧焊接金属波纹管最小疲劳寿命为898天,符合生产大检修要求。接着用道林损伤公式对单圆弧焊接金属波纹管进行疲劳寿命估算,估算出它的疲劳寿命是2.60年。再将道林损伤计算公式所得值与有限元所得值进行比较分析。考虑到温度对于结构性能及寿命的影响作用,对单圆弧焊接金属波纹管进行热-结构耦合分析。从热-结构耦合分析中得到了最大变形为0.83mm,应力最大值为254.14MPa。折算出最小疲劳寿命为471.5天,基本符合大检修要求。危险点发生在固定端,与应力最大点一致。又在热-结构耦合分析中进一步探究波纹管结构参数对于应力和疲劳寿命的影响。最后进行了稳定性分析。研究分析了单圆弧焊接金属波纹管一端固支一端自由边界条件下的模态特性。继续在模态分析的基础上对四种典型边界条件下的模态特性进行分析对比。在屈曲分析中,利用公式法和有限元仿真计算的方法求出了单圆弧焊接金属波纹管的失稳临界极限载荷以及失稳模态。在有限元仿真分析求出了施加单位载荷下单圆弧焊接金属管失稳临界极限载荷即屈曲载荷因子。焊接金属波纹管表面局部出现轴向窜动,发生了平面失稳。又进一步探究了影响失稳临界极限载荷的因素。