اساس نظری برای طراحی دم فلزی در تئوری صفحه و پوسته، مکانیک مواد و ریاضیات محاسباتی نهفته است. پارامترهای زیادی در طراحی بیلوز دخیل هستند و تمرکز محاسبات طراحی بسته به کاربرد دم در سیستم متفاوت است. به عنوان مثال، هنگامی که دم در اجزای متعادل کننده نیرو استفاده می شود، ناحیه موثر آنها باید ثابت بماند یا در محدوده عملیاتی تغییر بسیار کمی داشته باشد. هنگام استفاده در اندازه گیری اجزاء، خواص الاستیک آنها باید خطی باشد. هنگامی که به عنوان مهر و موم خلاء در لوله های سوئیچینگ خلاء استفاده می شود، دم ها باید الزامات آب بندی خلاء، جابجایی محوری و عمر خستگی را برآورده کنند. هنگامی که به عنوان آب بند در شیرها استفاده می شود، دمش باید دارای مقاومت فشار، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر دما، جابجایی عملیاتی و عمر خستگی باشد. بر اساس ویژگی های ساختاری دم، می توان آن را متشکل از یک پوسته مدور، یک پوسته مخروطی مسطح یا یک صفحه مدور در نظر گرفت. طراحی و محاسبه دم در اصل طراحی و محاسبه یک پوسته مدور، یک پوسته مخروطی مسطح یا یک صفحه مدور است.
پارامترهای محاسبه شده شامل سختی، تنش، ناحیه موثر، ناپایداری، جابجایی مجاز، مقاومت فشاری و عمر مفید می باشد.
مقاومت در برابر فشار: مقاومت فشار یک پارامتر مهم برای عملکرد دم است. حداکثر فشار استاتیکی که یک دم می تواند در دمای اتاق بدون تغییر شکل پلاستیک تحمل کند، حداکثر مقاومت فشار آن است. در شرایط عادی، دم‌ها تحت فشار معینی (داخلی یا خارجی) عمل می‌کنند، بنابراین باید این فشار را بدون تغییر شکل پلاستیک در طول کار خود تحمل کنند.
مقاومت فشاری یک دم در واقع در دسته قدرت آن قرار می گیرد. کلید محاسبه آنالیز تنش است که شامل تجزیه و تحلیل تنش روی دیواره دم می شود. تا زمانی که تنش در نقطه حداکثر تنش روی دیواره دم از مقاومت تسلیم ماده تجاوز نکند، فشار روی دم به مقاومت فشاری خود نخواهد رسید.
در شرایط کاری یکسان، همان دم در زیر فشار خارجی پایدارتر از فشار داخلی است. بنابراین حداکثر مقاومت فشار تحت فشار خارجی بیشتر از مقاومت فشار داخلی است.
هنگامی که هر دو انتهای یک دمنده ثابت است، اگر فشار به اندازه کافی بزرگ به حفره داخلی آن وارد شود، ممکن است تاج های دمنده ترکیده و از کار بیفتند. مقدار فشار داخل دم هنگام شروع ترکیدن فشار ترکیدگی نامیده می شود. فشار ترکیدگی پارامتری است که حداکثر مقاومت فشار یک دم را مشخص می کند. در طول عملیات، فشار کاری دم بسیار کمتر از فشار ترکیدگی آن است. در غیر این صورت دمش پاره می شود و آسیب می بیند.
هنگامی که طول موجدار کمتر یا برابر با قطر خارجی باشد، نتیجه محاسبه شده بسیار نزدیک به فشار انفجار واقعی است. برای دم های باریک، فشار انفجار واقعی بسیار کمتر است. فشار ترکیدگی تقریباً 3 تا 10 برابر فشار کاری مجاز است.
پایداری: هنگامی که هر دو انتهای دمنده محدود می شود، اگر فشار داخل دم به یک مقدار بحرانی خاص افزایش یابد، دمک ناپایدار می شود.
جابجایی مجاز: برای دم‌هایی که تحت فشار کار می‌کنند، حداکثر جابجایی فشاری آن حداکثر جابه‌جایی است که دم‌ها می‌توانند هنگام فشرده شدن تحت فشار ایجاد کنند تا زمانی که موج‌ها با یکدیگر تماس پیدا کنند. به این حداکثر جابجایی سازه مجاز نیز می گویند و برابر است با اختلاف طول آزاد و حداکثر طول فشرده شده دم.
حداکثر جابجایی که دم می تواند بدون تغییر شکل پلاستیک به دست آورد، جابجایی مجاز دمک نامیده می شود.
در طول عملیات واقعی، دم‌ها تغییر شکل باقیمانده را ایجاد می‌کنند که به عنوان تغییر شکل دائمی یا تغییر شکل پلاستیک نیز شناخته می‌شود. تغییر شکل باقیمانده به پدیده‌ای اطلاق می‌شود که در آن دمنده تحت فشار یا فشار تغییر شکل می‌دهد و پس از برداشتن نیرو یا فشار به حالت اولیه خود باز نمی‌گردد. معمولاً به‌عنوان مقداری بیان می‌شود که با آن دم‌ها به موقعیت اصلی خود بازنمی‌گردند، که به‌عنوان جبران موقعیت صفر- نیز شناخته می‌شود.
با توجه به رابطه بین جابجایی دم و جابجایی موقعیت -صفر، خواه جابجایی کششی یا فشاری باشد، در مرحله اولیه جابجایی دم، تغییر شکل باقیمانده آن بسیار کوچک است، معمولا کمتر از مقدار جابجایی موقعیت صفر مجاز- مشخص شده در استاندارد دم. با این حال، هنگامی که جابجایی کششی (یا فشاری) به تدریج افزایش می‌یابد تا از مقدار معینی تجاوز کند، باعث افزایش ناگهانی مقدار-تغییر موقعیت صفر می‌شود. این نشان می دهد که دمش تغییر شکل باقیمانده نسبتاً زیادی ایجاد کرده است. پس از این نقطه، اگر جابجایی حتی اندکی افزایش یابد، تغییر شکل باقیمانده به میزان قابل توجهی افزایش می یابد. بنابراین، دم به طور کلی نباید از این مقدار جابجایی تجاوز کند. در غیر این صورت دقت، پایداری، قابلیت اطمینان و عمر مفید آن به شدت کاهش می یابد.
جابجایی فشاری مجاز یک دمنده تحت فشار بیشتر از جابجایی کششی مجاز آن تحت کشش است. بنابراین، دم‌ها باید طوری طراحی شوند که تا حد امکان تحت فشار عمل کنند. آزمایشات نشان داده است که در شرایط عادی، برای دم‌هایی با مواد و مشخصات مشابه، جابجایی فشاری مجاز 1.5 برابر جابجایی کششی مجاز است.
جابجایی مجاز مربوط به ابعاد هندسی و خواص مواد است. به طور کلی، جابجایی مجاز به طور مستقیم با استحکام تسلیم مواد و مربع قطر بیرونی و با مدول الاستیک ماده و ضخامت دیواره دم نسبت معکوس دارد. عمق و ضخامت نسبی راه راه نیز تأثیری دارد.
طول عمر: طول عمر دم کوتاه ترین دوره عملیاتی ممکن یا تعداد چرخه های مورد نیاز برای اطمینان از عملکرد عادی در شرایط کاری است. سیستم های آب بندی الاستیک متشکل از دم، اغلب تحت بارهای مختلف و جابجایی های زیاد با تعداد سیکل های زیاد عمل می کنند. بنابراین، تعیین طول عمر دم بسیار مهم است. زیرا عملکردهای مختلف دم به طول عمر متفاوتی نیاز دارد...
(1) هنگامی که از دم برای جبران انحرافات موقعیت ناشی از نصب در یک سیستم لوله کشی استفاده می شود، طول عمر مورد نیاز آن تنها چند سیکل است.
(2) هنگامی که دم در ترموستات هایی با فرکانس سوئیچینگ بالا استفاده می شود، طول عمر آن باید به 10000 سیکل برسد تا الزامات استفاده را برآورده کند.
(3) هنگامی که دم به عنوان مهر و موم خلاء در سوئیچ های خلاء استفاده می شود، طول عمر آن باید به 30000 چرخه برسد تا از عملکرد عادی اطمینان حاصل شود.
همانطور که از سه مثال استفاده بالا مشاهده می شود، طول عمر مورد نیاز دم به دلیل شرایط استفاده متفاوت بسیار متفاوت است. طول عمر یک دم به ویژگی های خستگی ماده انتخابی و همچنین میزان تنش پسماند در دم تشکیل شده، غلظت تنش و کیفیت سطح مربوط می شود. علاوه بر این، طول عمر با شرایط کار دم، مانند جابجایی، فشار، دما، محیط کار، شرایط ارتعاش، محدوده فرکانس و شرایط ضربه مرتبط است.
در طول کار، طول عمر یک دم عمدتا به حداکثر تنش ایجاد شده در حین کار بستگی دارد. برای کاهش تنش، این به طور کلی با کاهش جابجایی کاری دم و کاهش فشار کاری به دست می آید. در طراحی کلی، جابجایی کار دمش باید کمتر از نصف جابجایی مجاز و فشار کاری آن کمتر از نصف مقاومت فشاری آن باشد.
آزمایش‌های روی دم‌های تولیدی نشان داده است که اگر دم‌ها طبق این مشخصات عمل کنند، عمر مفید آن به طور کلی می‌تواند به حدود 50000 چرخه برسد.
بسته به ماهیت فشار کاری، جابجایی مجاز دم نیز متفاوت است. به طور کلی، هنگامی که دم فقط بارهای محوری (کشش یا فشار) را تحمل می کند، جابجایی مجاز آن را می توان بین 10٪ تا 40٪ طول موثر دم انتخاب کرد. با این حال، هنگامی که دمش دارای نیروهای متمرکز جانبی، گشتاورهای پیچشی یا نیروهای ترکیبی است، جابجایی مجاز باید به طور مناسب کاهش یابد.
استفاده از دم‌های چندلایه می‌تواند سفتی و تنش ناشی از تغییر شکل را کاهش دهد، بنابراین به طور قابل توجهی طول عمر دم را بهبود می‌بخشد.
وقتی دم‌ها در شرایط یکسان اما با ویژگی‌های فشار کاری متفاوت (بار ثابت یا متناوب) کار می‌کنند، عمر مفید آنها متفاوت خواهد بود. بدیهی است که طول عمر یک دم که تحت بارهای متناوب کار می کند کمتر از طول عمر تحت بارهای ثابت است.
