复杂变化工况对法兰连接强度和密封影响的有限元模拟
发布时间：2021-11-17 12:13
法兰连接广泛应用于石油化工设备和管道,多种极端复杂且相继变化的工况共同作用对其强度和密封性提出愈加苛刻的要求。本文以带柔性石墨缠绕垫的法兰连接结构为研究对象,利用有限元软件ANSYS中的APDL建立其全周期的三维有限元模型,并考虑垫片非线性压缩回弹特性和螺栓组之间的弹性交互作用,采用热-结构间接耦合法对法兰连接从安装到运行维护全过程的各种工况进行模拟,得到预紧、加压、升温、蠕变、紧急停车后开车及附加载荷的一系列相继变化的复杂组合工况下法兰连接的位移和应力的分布变化规律,并分析不同载荷组合对法兰连接的强度和密封的影响。法兰连接整体应力在载荷不断变化过程中沿周向分布不均。法兰的最大应力呈正弦变化,受内压影响应力小幅降低,在温度载荷作用应力值大幅增加,经过10000小时的蠕变后应力减小至最低值,之后随着工况累积逐渐增加,在第一个和最后一个被拧紧的螺栓、上法兰接管外壁面和上法兰受拉一侧等位置应力最大。螺栓应力的整体变化趋势是先增大后减小,加压工况达到最大,每一工况螺栓的最大应力均出现在最后被拧紧的螺栓。经评定在全过程中法兰连接的强度未发生失效,但在实际工程应用时应重点关注在第一个和最后一个被拧...
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２螺栓法兰连接结构??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ａ?ｂｏｌｔｅｄ?ｆｌａｎｇｅ?ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]功能安全在石油化工中的重要性及应用分析[J]. 刘静波. 自动化博览. 2019(02)
[2]基于金属与金属接触型螺栓法兰接头的垫片应力分析[J]. 陈圆,关凯书,马凯,章兰珠,徐严言. 压力容器. 2015(05)
[3]法兰联接强度和密封性能的有限元分析[J]. 张斯亮,杨宇峰,王峰,张宇,李秉旭,张瑞杰. 当代化工. 2013(10)
[4]顺次及交叉加载方案下螺栓弹性交互作用规律[J]. 喻健良,闫兴清,刘明,伊军. 压力容器. 2011(10)
[5]高压容器封头螺柱预紧过程中的弹性相关性[J]. 谢林君,任欣,周深彪,于改革. 动力工程学报. 2010(09)
[6]在稳态温度场中法兰接头的三维有限元分析[J]. 王俊和,蔡仁良,钟伟明. 压力容器. 2005(10)
[7]承受外弯矩作用的法兰接头紧密性研究[J]. 孙世锋,蔡仁良. 机械工程师. 2004(03)
[8]基于蠕变的高温法兰连接系统寿命预测方法[J]. 陆晓峰,顾伯勤. 南京工业大学学报(自然科学版). 2002(04)
[9]外载荷下螺栓法兰接头的研究进展[J]. 孙世锋,蔡仁良. 压力容器. 2002(06)
[10]高温高压设备瞬态密封分析的三维力学与传热学模型[J]. 戴俊鸿,阎国超,周正泓,张承峰,郭其新. 化工机械. 1996(01)
硕士论文
[1]考虑蠕变效应的约束钢梁抗火性能研究[D]. 何平召.重庆大学 2015
[2]石化极端工况下法兰连接的可靠性研究[D]. 张岩.华东理工大学 2015
[3]高温下承受外弯矩的法兰接头完整性分析[D]. 盛涛涛.华东理工大学 2014
[4]高温组合法兰的完整性和紧密性有限元分析[D]. 刘超.华东理工大学 2014
[5]基于蠕变的高温法兰强度与密封分析[D]. 卢均臣.华东理工大学 2012
本文编号：3500890
【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２螺栓法兰连接结构??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ａ?ｂｏｌｔｅｄ?ｆｌａｎｇｅ?ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ??
第８页?华东理工大学硕士学位论文??第２章预紧和加压工况法兰连接的强度和密封分析??２．１螺栓组弹性交互作用简介??法兰连接是通过拧紧一组螺栓进行安装的，每一个被拧紧的螺栓都会产生一定的伸??长量，但随着其他螺栓依次被拧紧时，载荷在被拧紧的螺栓之间重新分配，使得之前被??拧紧的螺栓的紧固程度会发生一定程度的变化，一般是初始螺栓的紧固程度有所放松，??当所有的螺栓都被拧紧后，各个螺栓的张力变得不再均匀，这种在结构上螺栓与螺栓之??间的相互作用称为弹性交互作用［４２］，具体如图２．１所示。??（Ｗ?＾?Ｔ：＾?（Ｗｉ??法兰??塾片、??????￡?????—???ｓ＿??＿丨＿圖丨??？＇?？?？?■？?ｗ？?—?ｍ?■ｍｍｍｍ?？?ｍｔｍｒｎ＊〇?Ｍｎｉｍｒ．？：??、．?ｔｍｍｍ．?－ｍｍｍ?＿＿?？?ｉ?■■■＿＿■????＾?ｆｃ?—？??（ａ）未拧紧?（ｂ）拧紧螺栓１??（ａ）?Ｎｏｔ?ｔｉｇｈｔｅｎｅｄ?（ｂ）?Ｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇ?ｂｏｌｔ?１??蚕聲丨眞—．．．．?Ｍ，?Ｍ?ｍ??」?＾２．．．．．．．．．．…．．．???Ｆｊｊ－ｅ?Ｆ?ｃ??嫌备备，一？一？．一－二＿齡？．一??（Ｃ）拧紧螺栓２?（ｄ）拧紧螺栓３??（ｃ）?Ｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇ?ｂｏｌｔ?２?（ｄ）?Ｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇ?ｂｏｌｔ?３??图２．１螺栓组弹性交互作用??Ｆｉｇ．?２．１?Ｅｌａｓｔｉｃ?ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ?ｏｆ?ｂｏｌｔｓ??在任何给定的不同拧紧顺序下会产生不同的最终载荷，且弹性交互作用比较复杂，??弹性交互作用的大小与螺栓组
华东理工大学硕士学位论文?第９页???????？６４????ｍ??／Ｗ＂??士ｙ＾?．?｜?ｋ＼ＴＣ?Ｉ??＾?！?ｆ?＇??ｅｍ?ａｏ．５｜???？ｉｊ?????＾????图２．２上法兰结构尺寸（ｍｍ）??Ｆｉｇ．?２．２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｕｐｐｅｒ?ｆｌａｎｇｅ?（ｍｍ）??？?＼／???ｓｍ???３＾１???．?绝????ａ－ａａ?｜??幽?１?ｍ＾＼??§?ｉｔ／７ｋ?４＾?＾＇??！?Ｓ，??图２．３下法兰结构尺寸（ｍｍ）??Ｆｉｇ．?２．３?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｌｏｗｅｒ?ｆｌａｎｇｅ?（ｍｍ）??表２．１法兰材料（２．２５ＣｒｌＭｏ）性能参数??Ｔａｂｌｅ?２．１?Ｍａｔｅｒｉａｌ?ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ?ｏｆ?ｆｌａｎｇｅｓ?（２．２５Ｃｒｌ?Ｍｏ）??温度（Ｖ）?２５?１００?２００?３００?４００?５００??弹性模量?Ｅｘｌ〇５?（ＭＰａ）?２．１８?２．１３?２．０６?１．９９?１．９１?１．８１??泊松比?Ｈ?０．２９?０．２９?０．２９３?０．２９７?０．３０１?０．３０６??热传导系数（Ｗ／ｍ?■?Ｋ）?３６．２?３６．８?３７．２?３６．６?３５．５?３３．７??线膨胀系数ａ?（ｌ〇－６／Ｋ）?１１．５?１２．０?１２．７?１３．２?１３．８?１４．３??比热?ＣＰ，Ｊ／（ｋｇ?？?Ｋ）?４８６?４８６?５９０?６０７?６５７?７１２??密度?ｐ［Ｋｇ／ｍ２、?７８５０?７８５
【参考文献】：
期刊论文
[1]功能安全在石油化工中的重要性及应用分析[J]. 刘静波. 自动化博览. 2019(02)
[2]基于金属与金属接触型螺栓法兰接头的垫片应力分析[J]. 陈圆,关凯书,马凯,章兰珠,徐严言. 压力容器. 2015(05)
[3]法兰联接强度和密封性能的有限元分析[J]. 张斯亮,杨宇峰,王峰,张宇,李秉旭,张瑞杰. 当代化工. 2013(10)
[4]顺次及交叉加载方案下螺栓弹性交互作用规律[J]. 喻健良,闫兴清,刘明,伊军. 压力容器. 2011(10)
[5]高压容器封头螺柱预紧过程中的弹性相关性[J]. 谢林君,任欣,周深彪,于改革. 动力工程学报. 2010(09)
[6]在稳态温度场中法兰接头的三维有限元分析[J]. 王俊和,蔡仁良,钟伟明. 压力容器. 2005(10)
[7]承受外弯矩作用的法兰接头紧密性研究[J]. 孙世锋,蔡仁良. 机械工程师. 2004(03)
[8]基于蠕变的高温法兰连接系统寿命预测方法[J]. 陆晓峰,顾伯勤. 南京工业大学学报(自然科学版). 2002(04)
[9]外载荷下螺栓法兰接头的研究进展[J]. 孙世锋,蔡仁良. 压力容器. 2002(06)
[10]高温高压设备瞬态密封分析的三维力学与传热学模型[J]. 戴俊鸿,阎国超,周正泓,张承峰,郭其新. 化工机械. 1996(01)
硕士论文
[1]考虑蠕变效应的约束钢梁抗火性能研究[D]. 何平召.重庆大学 2015
[2]石化极端工况下法兰连接的可靠性研究[D]. 张岩.华东理工大学 2015
[3]高温下承受外弯矩的法兰接头完整性分析[D]. 盛涛涛.华东理工大学 2014
[4]高温组合法兰的完整性和紧密性有限元分析[D]. 刘超.华东理工大学 2014
[5]基于蠕变的高温法兰强度与密封分析[D]. 卢均臣.华东理工大学 2012
本文编号：3500890
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