密封垫片的应力场分布影响因素及数值模拟

发布时间：2021-05-18 12:47

　　螺栓法兰连接是石油和化工设备管道中最主要的连接形式，而垫片在法兰连接中起着重要作用。垫片在实际工作状态下所受的应力大小及分布趋势影响着垫片的性能，而垫片性能的好坏决定着密封的性能。因此，研究密封垫片在工作状态下的应力大小、应力分布以及影响因素将对密封垫片的使用以及法兰接头泄漏的防治非常有益。本文考虑垫片工作的真实情况，将法兰接头各元件看成一个系统，研究各元件之间的相互作用，以ASME B16.5的NPS4 Class150标准法兰为例，建立了参数化三维有限元模型，模拟垫片材料的非线性行为，采用预紧单元模拟螺栓的预紧作用，进行了数值计算与分析。首先研究仅在预紧作用下和逐渐施加内压载荷对垫片应力的影响。研究表明，垫片应力随预紧力的增加而增加；随着内压的升高，垫片应力沿径向周向分布趋于不均匀，螺栓具有不容忽视的弯曲应力：其次，考虑外弯矩对垫片应力的影响，并将外弯矩转化为沿接管圆周呈余弦分布的当量应力，分析其对垫片应力的影响。计算结果表明，法兰受拉侧的垫片应力明显低于法兰受压侧垫片应力，且受拉侧垫片应力随外弯矩的增加而急剧降低，故以该侧垫片应力评价接头的密封性较合理；将本文外弯矩作用下法兰接头... 

【文章来源】：昆明理工大学云南省

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 选题背景
    1.2 法兰接头研究的历史和现状
    1.3 基于紧密度的密封垫片特性的研究现状
    1.4 基于紧密度的法兰接头设计新方法
    1.5 基于紧密度的垫片设计步骤
    1.6 本文的研究内容
    1.7 本章小节
第二章 基于垫片紧密性能的连接系统的研究
    2.1 螺栓法兰连接的变形协调分析
    2.2 非金属密封垫片的性能
    2.3 垫片的密封机理
    2.4 规范垫片系数
    2.5 影响系统泄露的因素
    2.6 本章小节
第三章 垫片非线性性能的有限元模型
    3.1 有限单元简介
    3.2 垫片问题的有限元方程
    3.3 分析软件的选用
    3.4 法兰接头有限元模型的建立
    3.5 本章小节
第四章 内压对垫片应力场分布的影响
    4.1 法兰接头和螺栓的应力结果
    4.2 预紧力对垫片应力的影响
    4.3 内压对垫片应力场分布的影响
    4.4 本章小节
第五章 外弯距垫片应力场分布的影响
    5.1 国内外对此问题的研究现状
    5.2 美国压力容器委员会(PVRC)的外弯矩实验
    5.3 外弯矩下垫片应力的数值模拟
    5.4 垫片应力有限元结果与实验值的比较
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 总结
    6.2 本文进一步研究方向
致谢
参考文献
附录A


【参考文献】：
期刊论文
[1]无石棉垫片材料的高温时效性能研究进展[J]. 谢苏江,蔡仁良.  石油化工设备技术. 2005(01)
[2]纤维增强聚合物基复合材料的蠕变力学研究进展[J]. 朱迅,王明寅,王荣国,刘文博.  纤维复合材料. 2004(03)
[3]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)
[4]无石棉垫片材料基本性能的研究进展[J]. 谢苏江,蔡仁良.  化工设备与防腐蚀. 2003(06)
[5]国内外垫片材质比较[J]. 王辛举.  化工新型材料. 2002(03)
[6]非石棉密封垫片的性能及应用[J]. 顾伯勤.  化工设备与管道. 2002(01)
[7]不同状态下非线性行为垫片密封性能的试验研究[J]. 安源胜,蔡仁良.  压力容器. 2000(02)
[8]螺栓法兰连接系统泄漏率计算[J]. 顾伯勤.  石油化工设备. 1999(03)
[9]高温工况下管法兰接头的密封失效及防止措施[J]. 张彦天.  化工设计. 1998(06)
[10]密封垫片综合性能试验装置微机检测控制系统的研制 Ⅰ.微机检测控制系统硬件设计[J]. 胡平,强萍.  化工机械. 1997(05)



本文编号：3193816