考虑垫片非线性特征法兰接头特性研究
发布时间：2021-07-03 16:58
法兰接头广泛应用于石油化工设备、动力装置以及其它设备中的设备、管道连接，垫片是其中重要的密封元件，其性能是直接影响连接密封可靠性的因素之一。为防止垫片密封失效造成的损失，把螺栓、法兰和垫片三者组成的系统作为研究对象，具有重要意义。本文对缠绕垫片的压缩回弹曲线的拟合方法进行了讨论，针对垫片材料的非线性和非保守性，把垫片的工作过程分为加载和卸载两个阶段。对法兰接头的研究中，把法兰接头各元件看成一个系统，研究其中各元件之间的相互作用，并考虑垫片的非线性，建立了1／8法兰接头的参数化三维有限元模型，利用ANSYS软件里的INTER194单元和GASKET材料在分析中实现了对垫片材料的非线性和应力—应变的非保守性的分析，通过计算得到了接头整体及各元件的变形和应力分布情况。研究了几何尺寸、预紧和加压等参数对法兰接头系统整体性的影响，为更加合理地设计、应用法兰连接系统提供参考。本文经过研究，获得以下主要结论：（1）通过垫片压缩回弹曲线的拟合分别确定压缩阶段和回弹阶段的回归系数，根据得到的回归系数和卸载开始点的应力与应变，可以预测不同预紧工况下的回弹曲线，对法兰设计的完善，尤其以控制泄漏量为准则的法兰...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
缠绕垫片的结构尺寸
压缩阶段和回弹阶段方程的系数是确定的。在不同的螺栓预紧力下，垫片应力是不同的，由压缩曲线方程可以确定垫片的应变，在这样垫片应力与应变下，代入到回弹曲线方程，可以预测在此垫片应力下卸载时的回弹曲线。从图2.5中可以看出，由实验数据拟合的压缩和回弹曲线，可以推测出不同预紧力情况下的回弹曲线，为垫片的安装、加载工况和控制泄漏提供参考。
由于法兰接头是周期对称结构，所以为了减少计算工作量，模型范围的选定，主要是根据结构的周期对称性选定的。可从整个法兰结构中取两个对称面截出的八分之一接头结构来建立有限元模型(见图3.3)。两个对称面分别通过法兰环轴线而且等分相邻两螺栓在螺栓圆上的夹角的平面(图3.3中的平面A和平面B)。模型中包括了两截面间的螺栓、上下螺母、垫片和上下法兰环。根据圣维南原理，只需考虑接管长度L>2.5抓石(R是与法兰相连的管的半径，t是该管体的厚度)的一段，就可消除管体边缘处应力分布对法兰处应力分布的影响。图3.3法兰接头三维有限元模型3.2.4单元类型的选取选取合适的单元类型在利用有限元对问题进行分析时是非常重要的。法兰接头模型中采用了五种单元:SOLID95结构实体单元、CONTA174接触面单元、TARG170目标面单元、PRETS179螺栓预紧单元和INTER194垫片单元。网格的划分绝大多数都是规则划分，下面分别对采用的各种单元的特点进行介绍。(1)SOLID95结构实体单元SOLID95是三维20节点实体结构单元，主要用于模拟三维实体结构，是比三维8节点SOLID45单元更高的命令版本，单元通过20个节点来定义，每个节点有3个自由度(分别是UX、UY、UZ):转化为节点坐标系下的X
【参考文献】：
期刊论文
[1]法兰、螺栓连接系统的三维有限元分析[J]. 曹占飞. 石油化工设备技术. 2004(06)
[2]基于紧密度要求的法兰接头三维有限元分析[J]. 孙世锋,蔡仁良. 石油机械. 2004(10)
[3]考虑垫片非线性时法兰接头性能的三维有限元模拟——法兰接头的应力强度和泄漏过程分析[J]. 任世雄,徐鸿,钱才富,崔文勇. 压力容器. 2004(02)
[4]垫片螺栓法兰连接系统的载荷与变形分析[J]. 张庆雅,汪亮. 机械科学与技术. 2004(01)
[5]承受外弯矩作用的法兰接头有限元分析[J]. 孙世锋,蔡仁良. 压力容器. 2003(12)
[6]EN1591法兰计算标准简介（二）[J]. 蔡仁良. 压力容器. 2003(11)
[7]EN1591法兰计算标准简介（一）[J]. 蔡仁良. 压力容器. 2003(10)
[8]垫片密封技术的进展[J]. 胡跃华,宋继武. 化工机械. 2003(02)
[9]欧洲螺栓法兰设计和垫片标准的新动向[J]. 蔡仁良. 化工设备与管道. 2002(01)
[10]垫片密封技术研究现状与展望[J]. 顾伯勤,陈永林,陆晓峰. 石油化工设备. 2001(05)
本文编号：3262983
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
缠绕垫片的结构尺寸
压缩阶段和回弹阶段方程的系数是确定的。在不同的螺栓预紧力下，垫片应力是不同的，由压缩曲线方程可以确定垫片的应变，在这样垫片应力与应变下，代入到回弹曲线方程，可以预测在此垫片应力下卸载时的回弹曲线。从图2.5中可以看出，由实验数据拟合的压缩和回弹曲线，可以推测出不同预紧力情况下的回弹曲线，为垫片的安装、加载工况和控制泄漏提供参考。
由于法兰接头是周期对称结构，所以为了减少计算工作量，模型范围的选定，主要是根据结构的周期对称性选定的。可从整个法兰结构中取两个对称面截出的八分之一接头结构来建立有限元模型(见图3.3)。两个对称面分别通过法兰环轴线而且等分相邻两螺栓在螺栓圆上的夹角的平面(图3.3中的平面A和平面B)。模型中包括了两截面间的螺栓、上下螺母、垫片和上下法兰环。根据圣维南原理，只需考虑接管长度L>2.5抓石(R是与法兰相连的管的半径，t是该管体的厚度)的一段，就可消除管体边缘处应力分布对法兰处应力分布的影响。图3.3法兰接头三维有限元模型3.2.4单元类型的选取选取合适的单元类型在利用有限元对问题进行分析时是非常重要的。法兰接头模型中采用了五种单元:SOLID95结构实体单元、CONTA174接触面单元、TARG170目标面单元、PRETS179螺栓预紧单元和INTER194垫片单元。网格的划分绝大多数都是规则划分，下面分别对采用的各种单元的特点进行介绍。(1)SOLID95结构实体单元SOLID95是三维20节点实体结构单元，主要用于模拟三维实体结构，是比三维8节点SOLID45单元更高的命令版本，单元通过20个节点来定义，每个节点有3个自由度(分别是UX、UY、UZ):转化为节点坐标系下的X
【参考文献】：
期刊论文
[1]法兰、螺栓连接系统的三维有限元分析[J]. 曹占飞. 石油化工设备技术. 2004(06)
[2]基于紧密度要求的法兰接头三维有限元分析[J]. 孙世锋,蔡仁良. 石油机械. 2004(10)
[3]考虑垫片非线性时法兰接头性能的三维有限元模拟——法兰接头的应力强度和泄漏过程分析[J]. 任世雄,徐鸿,钱才富,崔文勇. 压力容器. 2004(02)
[4]垫片螺栓法兰连接系统的载荷与变形分析[J]. 张庆雅,汪亮. 机械科学与技术. 2004(01)
[5]承受外弯矩作用的法兰接头有限元分析[J]. 孙世锋,蔡仁良. 压力容器. 2003(12)
[6]EN1591法兰计算标准简介（二）[J]. 蔡仁良. 压力容器. 2003(11)
[7]EN1591法兰计算标准简介（一）[J]. 蔡仁良. 压力容器. 2003(10)
[8]垫片密封技术的进展[J]. 胡跃华,宋继武. 化工机械. 2003(02)
[9]欧洲螺栓法兰设计和垫片标准的新动向[J]. 蔡仁良. 化工设备与管道. 2002(01)
[10]垫片密封技术研究现状与展望[J]. 顾伯勤,陈永林,陆晓峰. 石油化工设备. 2001(05)
本文编号：3262983
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