法蘭接頭廣泛應(yīng)用于石油化工設(shè)備、動(dòng)力裝置以及其它設(shè)備中的設(shè)備、管道連接，墊片是其中重要的密封元件，其性能是直接影響連接密封可靠性的因素之一。為防止墊片密封失效造成的損失，把螺栓、法蘭和墊片三者組成的系統(tǒng)作為研究對象，具有重要意義。本文對纏繞墊片的壓縮回彈曲線的擬合方法進(jìn)行了討論，針對墊片材料的非線性和非保守性，把墊片的工作過程分為加載和卸載兩個(gè)階段。對法蘭接頭的研究中，把法蘭接頭各元件看成一個(gè)系統(tǒng)，研究其中各元件之間的相互作用，并考慮墊片的非線性，建立了1／8法蘭接頭的參數(shù)化三維有限元模型，利用ANSYS軟件里的INTER194單元和GASKET材料在分析中實(shí)現(xiàn)了對墊片材料的非線性和應(yīng)力—應(yīng)變的非保守性的分析，通過計(jì)算得到了接頭整體及各元件的變形和應(yīng)力分布情況。研究了幾何尺寸、預(yù)緊和加壓等參數(shù)對法蘭接頭系統(tǒng)整體性的影響，為更加合理地設(shè)計(jì)、應(yīng)用法蘭連接系統(tǒng)提供參考。本文經(jīng)過研究，獲得以下主要結(jié)論：（1）通過墊片壓縮回彈曲線的擬合分別確定壓縮階段和回彈階段的回歸系數(shù)，根據(jù)得到的回歸系數(shù)和卸載開始點(diǎn)的應(yīng)力與應(yīng)變，可以預(yù)測不同預(yù)緊工況下的回彈曲線，對法蘭設(shè)計(jì)的完善，尤其以控制泄漏量為準(zhǔn)則的法蘭... 

【文章來源】：昆明理工大學(xué)云南省

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

纏繞墊片的結(jié)構(gòu)尺寸

壓縮階段和回彈階段方程的系數(shù)是確定的。在不同的螺栓預(yù)緊力下，墊片應(yīng)力是不同的，由壓縮曲線方程可以確定墊片的應(yīng)變，在這樣墊片應(yīng)力與應(yīng)變下，代入到回彈曲線方程，可以預(yù)測在此墊片應(yīng)力下卸載時(shí)的回彈曲線。從圖2.5中可以看出，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合的壓縮和回彈曲線，可以推測出不同預(yù)緊力情況下的回彈曲線，為墊片的安裝、加載工況和控制泄漏提供參考。

由于法蘭接頭是周期對稱結(jié)構(gòu)，所以為了減少計(jì)算工作量，模型范圍的選定，主要是根據(jù)結(jié)構(gòu)的周期對稱性選定的。可從整個(gè)法蘭結(jié)構(gòu)中取兩個(gè)對稱面截出的八分之一接頭結(jié)構(gòu)來建立有限元模型(見圖3.3)。兩個(gè)對稱面分別通過法蘭環(huán)軸線而且等分相鄰兩螺栓在螺栓圓上的夾角的平面(圖3.3中的平面A和平面B)。模型中包括了兩截面間的螺栓、上下螺母、墊片和上下法蘭環(huán)。根據(jù)圣維南原理，只需考慮接管長度L>2.5抓石(R是與法蘭相連的管的半徑，t是該管體的厚度)的一段，就可消除管體邊緣處應(yīng)力分布對法蘭處應(yīng)力分布的影響。圖3.3法蘭接頭三維有限元模型3.2.4單元類型的選取選取合適的單元類型在利用有限元對問題進(jìn)行分析時(shí)是非常重要的。法蘭接頭模型中采用了五種單元:SOLID95結(jié)構(gòu)實(shí)體單元、CONTA174接觸面單元、TARG170目標(biāo)面單元、PRETS179螺栓預(yù)緊單元和INTER194墊片單元。網(wǎng)格的劃分絕大多數(shù)都是規(guī)則劃分，下面分別對采用的各種單元的特點(diǎn)進(jìn)行介紹。(1)SOLID95結(jié)構(gòu)實(shí)體單元SOLID95是三維20節(jié)點(diǎn)實(shí)體結(jié)構(gòu)單元，主要用于模擬三維實(shí)體結(jié)構(gòu)，是比三維8節(jié)點(diǎn)SOLID45單元更高的命令版本，單元通過20個(gè)節(jié)點(diǎn)來定義，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)自由度(分別是UX、UY、UZ):轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)系下的X

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]法蘭、螺栓連接系統(tǒng)的三維有限元分析[J]. 曹占飛.  石油化工設(shè)備技術(shù). 2004(06)
[2]基于緊密度要求的法蘭接頭三維有限元分析[J]. 孫世鋒,蔡仁良.  石油機(jī)械. 2004(10)
[3]考慮墊片非線性時(shí)法蘭接頭性能的三維有限元模擬——法蘭接頭的應(yīng)力強(qiáng)度和泄漏過程分析[J]. 任世雄,徐鴻,錢才富,崔文勇.  壓力容器. 2004(02)
[4]墊片螺栓法蘭連接系統(tǒng)的載荷與變形分析[J]. 張慶雅,汪亮.  機(jī)械科學(xué)與技術(shù). 2004(01)
[5]承受外彎矩作用的法蘭接頭有限元分析[J]. 孫世鋒,蔡仁良.  壓力容器. 2003(12)
[6]EN1591法蘭計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)簡介（二）[J]. 蔡仁良.  壓力容器. 2003(11)
[7]EN1591法蘭計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)簡介（一）[J]. 蔡仁良.  壓力容器. 2003(10)
[8]墊片密封技術(shù)的進(jìn)展[J]. 胡躍華,宋繼武.  化工機(jī)械. 2003(02)
[9]歐洲螺栓法蘭設(shè)計(jì)和墊片標(biāo)準(zhǔn)的新動(dòng)向[J]. 蔡仁良.  化工設(shè)備與管道. 2002(01)
[10]墊片密封技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J]. 顧伯勤,陳永林,陸曉峰.  石油化工設(shè)備. 2001(05)



本文編號：3262983