【摘要】：螺栓法蘭連接件是石油化工領(lǐng)域一種重要的密封連接結(jié)構(gòu)。由于各種工況的作用,接頭處易發(fā)生泄漏,導(dǎo)致密封失效。2001年根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,所有泄漏事故中有17%發(fā)生在螺栓法蘭連接的位置,由此可以看出螺栓法蘭緊固對(duì)保證壓力容器的安全運(yùn)行有著很重要的作用。論文對(duì)螺栓法蘭連接件的有限元分析及緊密性能分析,可為合理的法蘭接頭設(shè)計(jì)提供理論參考依據(jù),減少設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中的泄漏,保證其安全運(yùn)行。 本論文以管殼式換熱器中夾帶管板的螺栓法蘭連接件為研究對(duì)象,采用了標(biāo)準(zhǔn)高頸設(shè)備法蘭(JB/T4703-2000)作為分析的基準(zhǔn)法蘭,考慮了墊片材料的非線(xiàn)性性質(zhì)和各元件間的接觸關(guān)系(一種非線(xiàn)性關(guān)系),將螺栓、法蘭、墊片和管板等十種元件作為一個(gè)整體,利用ANSYS有限元分析軟件對(duì)其進(jìn)行了靜力分析,并研究了幾何尺寸和載荷等參數(shù)對(duì)連接件整體強(qiáng)度和緊密性的影響。其中,管殼式換熱器中螺栓法蘭連接件所夾帶的實(shí)際管板在模型中通過(guò)美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)(ASME)鍋爐及壓力容器規(guī)范中的法蘭設(shè)計(jì)規(guī)范簡(jiǎn)化為無(wú)孔實(shí)心的等效管板,并把有限元計(jì)算結(jié)果與GB151設(shè)計(jì)規(guī)范公式計(jì)算結(jié)果做對(duì)比,結(jié)果顯示管板中心處的徑向最大應(yīng)力值與規(guī)范計(jì)算值較吻合。 通過(guò)對(duì)螺栓法蘭連接件的有限元分析,結(jié)果顯示:預(yù)緊和內(nèi)壓工況時(shí),螺栓法蘭連接件整體和各元件應(yīng)力分布趨勢(shì)基本一致,隨著內(nèi)壓的增大,各部位的應(yīng)力強(qiáng)度增大,法蘭和螺栓的變形也隨之增大。螺栓受到軸向的拉應(yīng)力,螺母與法蘭環(huán)接觸受到壓緊應(yīng)力,產(chǎn)生應(yīng)力集中,法蘭環(huán)有從內(nèi)向外張開(kāi)的趨勢(shì)。由于幾何形狀不連續(xù),預(yù)緊時(shí)法蘭環(huán)與法蘭頸連接處出現(xiàn)應(yīng)力集中,內(nèi)壓時(shí)法蘭頸與封頭的連接處出現(xiàn)應(yīng)力集中,但影響區(qū)域較小。 通過(guò)螺栓、墊片和法蘭等幾何參數(shù)和預(yù)緊力的變化對(duì)螺栓法蘭連接件強(qiáng)度和緊密性影響的分析,結(jié)果表明:法蘭、螺栓、墊片和載荷等多種參數(shù)的改變對(duì)螺栓法蘭連接件強(qiáng)度和緊密性有著重要的影響,能夠直接引起連接件強(qiáng)度和緊密性的增大或減小,因此,在設(shè)計(jì)螺栓法蘭連接件時(shí)也應(yīng)考慮各元件的幾何尺寸及施加載荷的大小。
【圖文】：

圖 2.1 法蘭幾何尺寸圖圍的選取蘭接頭屬于軸對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，如果選用整體方式建模計(jì)算量，選取一個(gè)螺栓的對(duì)稱(chēng)法蘭環(huán)結(jié)構(gòu)，也就立有限元模型[57]。模型中包括了兩截面間的螺栓頭和法蘭環(huán)相連接的筒體和管板。筒體長(zhǎng)度根段[58]，，可以消除筒體邊緣軸向應(yīng)力對(duì)法蘭處應(yīng)力

圖 2.2 螺栓法蘭接頭實(shí)體模型 圖 2.3 螺栓法蘭接頭三維有限元模型4、單元類(lèi)型的選擇本文模型較復(fù)雜，需要采用三維實(shí)體單元，單元總數(shù)為 121933，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為83411。該螺栓法蘭接頭采用了五種單元類(lèi)型：SOLID95 結(jié)構(gòu)實(shí)體單元、PRETS17栓預(yù)緊單元、INTER194 墊片單元、CONT174 接觸面單元和 TARG170 目標(biāo)面單[59]。（1）SOLID95 結(jié)構(gòu)實(shí)體單元SOLID95 是三維八節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元 SOLID45 的高級(jí)版本，它可以適應(yīng)不規(guī)則的形狀而不會(huì)損失太多精確度，該單元具有協(xié)調(diào)的位移性質(zhì)函數(shù)，可以很好的擬合模型的曲線(xiàn)邊界[60]。單元定義包括 20 個(gè)節(jié)點(diǎn)，3 個(gè)自由度（UX、UY、UZ）單元方向可以是任意的，該單元具有塑性、蠕變、應(yīng)力剛度、大變形和大應(yīng)變能力，因此封頭、上下法蘭環(huán)、筒體、螺栓、墊片都采用 SOLID95 單元來(lái)模擬，但用不同的材料編號(hào)來(lái)區(qū)別。（2）PRETS179 螺栓預(yù)緊單元PRETS179 被用來(lái)定義在已網(wǎng)格化結(jié)構(gòu)的二維或三維預(yù)張緊區(qū)域，結(jié)構(gòu)可以[61]
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類(lèi)號(hào)】：TH131

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 高巖;高端緊固件緊固工藝技術(shù)研究[D];大連理工大學(xué);2016年

2 薛義;某壓縮機(jī)螺栓連接斷裂失效分析[D];華東理工大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2584422