波纹管补偿器是由波纹管为主体，配合其他零件组合而成，例如导流筒、均衡环、限位螺栓等。波纹管作为一种柔性元件决定了补偿器的补偿性能，因而波纹管的设计是补偿器设计的关键，下面主要介绍波纹管的设计。
金属波纹管作为一种补偿元件具有一系列的特点：
(1)波纹管作为一种在内压作用下能够吸收管道的机械位移或热膨胀的挠性元件，它必须具有充分变形的能力；
(2)波纹管的应力分布很复杂，其中补偿器的主要应力是经向弯曲应力；
(3)波壳材料的金相组织在成型过程中会发生显著的变化；
(4)波纹管在内压的作用下其侧壁会发生鼓胀和屈服。
在设计时应该要充分考虑到波纹管的上述特点。总的来说，波纹管设计时必须满足三个方面的要求：作为柔性元件，波纹管能够吸收热胀冷缩以及机械位移；同时作为承压元件，波纹管应具有足够强度承受系统的内压或者外压；为了保证工作的安全稳定波纹管还要具备有一定的疲劳寿命和稳定性。
目前，金属补偿器的理论设计方法主要有解析法、工程近似法以及数值模拟法三种。
解析法是以薄壳理论为基础建立波纹管的微分方程，然后求解应力和位移的解析解，其计算过程非常的繁杂，在实际的设计中难以采用。为了设计计算的方便，工程近似法将波纹管简化成两段固支的梁模型，然后采用材料力学的公式进行计算。考虑到与实际情况之间的误差，现在国内外标准中一般采用对梁模型计算结果进行实验数据的修正，这种工程近似法具有一定的准确性，但是作为经验公式，很多应力的计算结果都过于保守，并且由于实验数据的有限性，经验公式的适用性也受到了限制。近年来计算机技术得到了很大的提高和完善，为数值模拟方法在工程中的应用创造了条件，有限元软件为数值模拟计算机提供了强有力的工具。
现阶段中国的波纹管设计一般是以工程近似法为主，计算机软件数值模拟为辅，然后进行实验校核。专家经过几十年的研究，结合国内外的设计标准，得出了适合我国的设计标准：GB/T12777-2008《金属波纹管补偿器通用技术条件》。标准里面对于金属波纹补偿器的设计计算有很详细的叙述。
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