考虑垫片非线性时法兰接头性能的三维有限元模拟

发布时间：2021-09-25 11:52

　　在本论文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，建立了法兰接头的参数化三维有限元模型。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和紧密性的影响，为找出更加理性化的法兰设计提供参考。 对典型的标准高颈设备法兰接头的分析得出了下列比较重要的结论：给法兰接头施加螺栓预紧载荷时，法兰环对垫片的压紧并不均匀，而是内松外紧；承受内压载荷时，法兰环有从内向外的张开趋势，垫片的压紧更不均匀。在封头边缘处和颈锥处存在几何不连续引起的较高边缘应力，使得这些部位强度较差。螺栓不仅受到轴向拉力，还受到弯曲力矩的作用。由于法兰环的偏转造成垫片压紧压力的不均匀分布，随着内压的不断增加，垫片沿径向从内到外残余压紧压力都在不断降低。当垫片上某点残余压紧压力低于mp时，就意味着内压介质已侵入至该点处。由于垫片残余压紧压力内侧比外侧减小得更快，导致内压增加时，垫片上残余压紧压力大于mp的环状密封带区域的宽度由内向外不断变窄。当内压介质到达垫片外侧时，密封失效。发生泄漏。本论文还研究了螺栓、垫片和... 

【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

垫片材料应力应变曲线

3.2法兰接头系统有限元分析结果3.2.1法兰接头系统应力强度分布图3一1是法兰接头在螺栓预紧至37445N后的应力强度分布情况。图3一2是法兰接头在螺栓预紧至37445N时施加内压为4淤a后的应力强度分布情况。对比图3一1和图3一2可以看到，法兰接头在预紧后和施加内压为4淤a后，应力强度的分布趋势基本一致，但是在施加内压后法兰接头同一部位的应力强度数值增大，法兰接头的变形变大。图3一2中处于封头边缘处的点P是接头系统中应力强度最大的地方，该点的应力强度值为259淤a。这是由于此点是封头与法兰环的连接处，应力是由几何不连续造成的边缘应力，其影响范围不太大。在法兰接头系统中法兰环颈锥处由于几何形状不连续造成了边缘应力，使得此处也有相当的应力强度

北京化工大学硕士学位论文力，使得此处的Y方向应力最大。该处的Y方向应力值为194珊a。在图3一2中所示的封头边缘处的点P，由于几何形状不连续造成了边缘应力，使得此处的Y方向应力也比较大。该处的Y方向应力值为1能淤a。在上法兰环中Y方向应力沿轴向分布变化很明显，这是由于法兰接头受到了螺栓Z方向压紧压力非轴对称分布的影响。在上法兰环中Y方向应力分布和在下法兰环中Y方向应力分布基本对称。3.3法兰接头系统中螺栓的有限元分析结果高颈法兰接头系统中的螺栓在螺栓预紧至37445N时的应力强度分布如图3一6所示。高颈法兰接头系统中的螺栓在螺栓预紧至37445N时施加内压为4淤a后的应力强度和各个应力分量的分布结果如图3-7—图3一10所示。图3一6法兰接头预紧后螺栓应力强度分布图


本文编号：3409684