金属波纹补偿器在进行设计时要满足两方面要求，作为可伸缩元件能补偿热胀冷缩位移，同时作为承压元件应具有足够强度承受系统的内压（或外压）。波纹管基本结构由直边圆筒、环板和环壳组成，其受到载荷可分为压力载荷和位移载荷，结构和载荷因素决定了波纹管的强度设计复杂性。目前波纹补偿器设计方法可以分为解析法、工程近似法和数值模拟法3种。

　　解析法以薄壳理论为基础，建立波纹管的微分方程，求解应力和位移的解析解，其过程非常繁杂，实际设计中难以采用。

　　为了设计计算简便，工程近似法将波纹管简化为两端固支的直梁或曲梁模型，采用材料力学公式进行计算。考虑到梁模型与实际情况之间的误差，现行标准中采用对梁模型计算结果进行实验数据的修正方法，这种工程近似法具有准确性，但因为是经验公式，有的应力计算结果偏于保守，同时由于实验数据有限，公式的适用性也受到限制。

　　金属波纹补偿器的刚度是指产生单位位移所需要的作用力，单位为N/mm。刚度数值与波纹补偿器上波纹管的壁厚、直径、波高、波距、波数以及材料的弹性模量有关。

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　　采用数值模拟方法，能根据波纹管实际几何尺寸，建立三维计算模型，避免了简单条状梁模型误差。同时，当波纹补偿器发生屈服后，在有限元计算过程中可以输入材料实际的应力—应变本构关系，从而可以模拟发生塑性变形时波纹补偿器载荷与位移变化情况，得到   加符合实际波纹管刚度数值。

　　金属波纹补偿器安装在管道系统中后需要进行强度试验，确保其在工作压力下能够完好地运行，管道膨胀节强度试验用的介质，一般选用水，也有用压缩空气和惰性气体的，但试验压力要求较高的管道膨胀节不允许用气体做试验介质。

　　因为水的压缩性很小，流动性很大，经加压后，很快充满管道和将压力均匀地传到金属波纹补偿器壁上，一旦发现破裂或强度不够而损坏，水即渗透出来，不会产生突发性爆炸伤人、损坏设备。

　　若用气体作强度试验，气体是可压缩的，虽然也可迅速地将压力传递到管道膨胀节和设备各部分，承压系统中出现砂眼、裂纹，气体可以泄露出来，一旦发生承压系统局部因压力加高而损坏时，气体会产生膨胀，有相应的危险，如用高压蒸汽试压危险性_大。