波纹管是由一系列环形壳体组成的一种旋转壳体，其纵向刚度和弯曲刚度小，扭转刚度大，且具有薄壳结构惯最小、动态特性好等优点，因此广泛应用于各种：工业领域。通常波纹管主要用于弹性敏感元件、密封隔离元件、温度和压力补偿器、挠性密封连接以及金属软管等等。长期以来，对波纹管的研究主要集中在轴向和横向变形方而。由于波纹管在扭转载荷下极易发生失稳，限制了它的应用范围，学界对波纹管抓转特性的研究也很不完善。随着科学技术的发展，高速、重载、高精度与良好的动态特性已经成为机械工程发展的方向，为此如何扩大波纹管的应用领域，如何提高波纹管的扭转承载能力，是一个值得研究的新概念。本文提出一种通过对后屈曲失稳进行约束来提高波纹管的扭转承载能力的新型结构(已有相关发明专利)。 这种新型波纹管既不失原有特征，又可以承受大的扭转力矩。此外本文对波纹管扭转屈曲和后屈曲，以及外部约束下的波纹管扭转特性进行了全面的实验研究与有限元分析。在本课题的研究过程中，发现目前关于波纹管扭转的常规理论也很不完善，就此也对其中一些内容，包括波纹管的扭转刚度和扭转固有频率等进行了一些研究工作。 本文根据旋转壳理论，推导并获得了波纹管扭转刚度的积分计算公式。经用有限元分析验证，并与EJMA标准比较，证明该积分法与学界公认的有限元分析结果基本一致，同时也给出了基于EJMA标准的两个修正公式，提高了EJMA标准的计算精度，也更适合于工程计算。(有关论文已发表于《上海交通大学学报》2005年第39卷2期)本文采用等效薄壁管模型，在波纹管扭转刚度计算的基础上，首次给出了波纹管扭转固有频率的计算公式。经用有限元分析验证，证明了该计算方法的有效性与准确性。经文献检索除有限元分析外，没有发现应用等效薄壁管模型的有关波纹管扭转固有频率的计算方法的相关报道，EJMA标准在此项上也还是空白，论文“On torsional stiffness and natural frequency of bellows”已在((Journal of MechanicalEngineering Science}(SCI源)上发表(2004年第218卷3期)。 本文对波纹管在扭转载荷下的实验研究与有限元分析，已深入到后屈曲阶段。在波纹管扭转的非线性有限元分析中采用了弧长法，分析丫初始缺陷、拉压变形等的影响。实验与有限元分析的对比令人满意，尤其是屈曲模式儿乎完全一致。研究表明本文的波纹管试件对于初始缺陷不太敏感，而且在屈曲以后虽然承载能国下降，但依然可以承受一定程度的扭转加载(有关论文“波纹管扭转屈曲和后屈曲的实验研究”己投稿至《实验力学》，“波纹管的扭转屈曲实验与分析”已投稿至《上海交通大学学报》)。 本文对外套约束下的波纹管扭转作了实验研究与非线性有限元分析，并与尢外套下的扭转情况作了对比。外套约束下波纹管扭转的有限元分析，是一个变形非线性、材料非线性与状态非线性相耦合的复杂问题，为节省计算资源，采于了罚摩擦法求解接触问题。研究证明，外套约束一下，波纹管屈曲和后屈曲阶段的承载能力有了明显提高，而且这种提高与外套内径、安装配合等多种因素有关。这种新型结构的波纹管能够承受更大的扭矩，已获发明专利(名称：“能承受高扭转载荷的波纹管联轴器”，公开号：CNl719059)。 本文的研究成果对于更为全面地了解波纹管的特性，以及扩大波纹管应用领域的理论研究，具有重要意义。采用的外套约束法对于提高波纹管后屈曲阶段的扭矩承载能力也具有一定的实用意义。