高温组合法兰的完整性和紧密性有限元分析

发布时间：2017-10-10 18:02

  本文关键词：高温组合法兰的完整性和紧密性有限元分析

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【摘要】：本文以组合法兰接头为研究对象,利用大型有限元软件ANSYS对其进行实体建模,综合考虑垫片压缩回弹性能、材料、法兰接触等高度非线性行为,研究高温蠕变、法兰安装顺序、停车再开车等工况对法兰接头强度及密封性能影响,寻找导致法兰接头失效和泄漏的因素。 热-机械耦合计算结果表明,温度对组合法兰强度影响较大,使法兰结构应力大幅增加。长达10000小时的高温蠕变分析发现,螺栓应力不断下降,垫片内侧已经有部分区域压缩应力小于密封比压,说明组合法兰有泄漏趋势。不同的安装顺序也影响法兰结构受力分布,分析结果表明先安装大法兰再安装小法兰的方案能明显改善小螺栓的受力情况,减轻其负担。 通过瞬态分析,得出了停车再开车工况下组合法兰接头温度变化规律,进而对法兰接头各元件进行紧密型分析,发现法兰位移、应力、偏转角变大。如果反复的停开车将使法兰偏转的更严重,有泄漏趋势,强度也无法满足要求。
【关键词】：组合法兰接头 高温蠕变 安装顺序 停车再开车 紧密性分析
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH131
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题背景—螺栓法兰接头10-11
• 1.2 螺栓法兰接头简介11-14
• 1.2.1 螺栓法兰接头结构11
• 1.2.2 螺栓法兰接头密封原理11
• 1.2.3 螺栓法兰接头评估指标11-14
• 1.3 螺栓法兰接头的研究现状14-18
• 1.3.1 法兰设计研究现状15-16
• 1.3.2 垫片研究现状16-17
• 1.3.3 螺栓法兰接头计算研究现状17-18
• 1.4 本文研究内容18-20
• 第2章 预紧和承压工况螺栓法兰接头密封状况20-37
• 2.1 螺栓法兰接头模型简介20-24
• 2.1.1 组合法兰结构20-21
• 2.1.2 材料高温性能及参数21-23
• 2.1.3 工况条件23-24
• 2.2 有限元分析过程24-29
• 2.2.1 建立有限元模型24-25
• 2.2.2 选取单元25-27
• 2.2.3 网格划分27-28
• 2.2.4 边界条件加载28-29
• 2.2.5 难点分析29
• 2.3 预紧工况结果分析29-32
• 2.3.1 法兰应力和位移分析29-31
• 2.3.2 螺栓强度分析31-32
• 2.3.3 垫片密封分析32
• 2.4 承压工况结果分析32-35
• 2.4.1 法兰应力和位移分析32-34
• 2.4.2 螺栓强度分析34
• 2.4.3 垫片密封分析34-35
• 2.5 本章小结35-37
• 第3章 高温蠕变对组合法兰接头密封性能影响37-61
• 3.1 蠕变机理及危害37-38
• 3.2 ANSYS软件实现蠕变模拟方法38-40
• 3.3 组合法兰温度场分析40-49
• 3.3.1 温度载荷及边界条件40-41
• 3.3.2 螺栓法兰接头整体温度场41-42
• 3.3.3 法兰温度场42-44
• 3.3.4 螺栓和螺母温度场44-46
• 3.3.5 垫片温度场46-48
• 3.3.6 空气层的温度场48-49
• 3.4 组合法兰操作工况分析49-55
• 3.4.1 法兰位移和应力分析49-52
• 3.4.2 螺栓螺母强度分析52-54
• 3.4.3 垫片密封分析54-55
• 3.5 组合法兰高温蠕变结果分析55-59
• 3.5.1 8#法兰螺栓蠕变结果分析55-56
• 3.5.2 24#法兰螺栓蠕变结果分析56-57
• 3.5.3 8#垫片蠕变结果分析57-58
• 3.5.4 24#垫片蠕变结果分析58-59
• 3.6 本章小结59-61
• 第4章 法兰安装顺序对法兰接头密封性能影响61-76
• 4.1 法兰安装方案61-62
• 4.1.1 方案一—“先小后大”61-62
• 4.1.2 方案二—“先大后小”62
• 4.2 “先小后大”方案结果分析62-68
• 4.2.1 预紧阶段62-65
• 4.2.2 承压阶段65-68
• 4.3 “先大后小”方案结果分析68-74
• 4.3.1 预紧阶段68-71
• 4.3.2 承压阶段71-74
• 4.4 两种方案对比74-75
• 4.5 本章小结75-76
• 第5章 停车再开车工况组合法兰接头紧密性分析76-86
• 5.1 停车再开车工况分析76
• 5.2 瞬态热-机械耦合分析方法76-77
• 5.2.1 瞬态温度场分析方法76-77
• 5.2.2 热—机械耦合场分析77
• 5.3 瞬态温度场结果分析77-78
• 5.4 热—机械耦合结果分析78-85
• 5.5 本章小结85-86
• 第6章 总结及展望86-88
• 6.1 总结86-87
• 6.2 展望87-88
• 参考文献88-91
• 致谢91-92
• 攻读硕士学位期间发表的成果92

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 谢苏江,蔡仁良;压缩非石棉密封板材蠕变松弛性能的理论和试验研究[J];机械工程材料;2004年06期

2 蔡仁良;欧洲螺栓法兰设计和垫片标准的新动向[J];化工设备与管道;2002年01期

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4 任建民,蔡仁良;低压管法兰用缠绕式垫片的试验研究[J];流体机械;2001年02期

5 蔡仁良;蔡暖姝;尤子涵;章兰珠;范淑玲;应道宴;;螺栓法兰接头安全密封技术(一)——安装螺栓载荷[J];化工设备与管道;2012年03期

6 蔡仁良;蔡暖姝;章兰珠;范淑玲;应道宴;;螺栓法兰接头安全密封技术(二)——基于控制泄漏率的垫片应力及其试验方法[J];化工设备与管道;2012年05期

7 应道宴;蔡暖姝;蔡仁良;;螺栓法兰接头安全密封技术(三)——法兰的设计选用及其承载能力评估[J];化工设备与管道;2012年06期

8 时黎霞,顾伯勤,陆晓峰;不锈钢柔性石墨缠绕垫片基本性能研究[J];润滑与密封;1999年02期

9 顾伯勤;陈晔;;高温螺栓法兰连接的紧密性评价方法[J];润滑与密封;2006年06期

10 孙世锋,蔡仁良;基于紧密度要求的法兰接头三维有限元分析[J];石油机械;2004年10期

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本文编号：1007777