利用有限元軟件abaqus建立了螺栓法蘭連接系統(tǒng)的實體模型,采用熱結構耦合分析方法,研究了法蘭公稱直徑為100mm的螺栓法蘭系統(tǒng)的溫度場及其應力場,以及在預緊力和溫度梯度操作條件下螺栓等效應力、軸向應力、徑向應力和切向應力的變化關系.結果表明,溫度場對螺栓軸向兩端的應力影響較大,當內壁溫度為100℃時螺栓頭靠近法蘭一側的等效應力增加了250mpa,螺栓上靠近法蘭一側的螺紋的等效應力增加100mpa,而溫度場對螺栓遠離法蘭一側的螺紋的應力影響很小,說明設計時應重點考慮熱應力對靠近法蘭一側的螺紋與螺栓頭的影響.

168en1591-1法蘭及其接頭-墊片圓形法蘭連接的設計規(guī) 則—第一部分:計算方法,作為對在壓力、溫度、外力和外 彎矩等載荷作用下的螺栓法蘭連接進行完整性和密封性計 算的規(guī)則。按en1591-1方法進行計算時,需要輸入一組墊片 (特性)系數(shù),所以又制訂了env1591–2法蘭及其接頭-墊 片圓形法蘭連接的設計規(guī)則—第二部分:墊片系數(shù)作為對其 的補充 一：計算中采用載荷狀況包括初始裝配,壓力試驗,重要的操 作工況。計算步驟大致如下: 1.1首先,計算裝配工況下需要的最小螺栓載荷。要求在其 后的其他載荷工況下,在墊片上的殘余作用力不低于墊片要 求的最小平均值(該值可取自env1591-2)。此計算是疊代 過程,為該載荷取決有效墊片寬度,而有效墊片寬度本身又 取決于螺栓裝配載荷。 1.2其次,由選定的螺栓裝配

分析非金屬墊片密封的時效特性,考慮高溫條件下材料退化和墊片載荷松弛過程對密封性能的影響,依據(jù)多孔介質理論,建立非金屬墊片密封的時效泄漏模型。將螺栓法蘭連接系統(tǒng)壽命劃分為密封壽命和部件壽命。提出密封壽命試驗方法,在考慮墊片泄漏特性變化的基礎上,基于指標泄漏率分析螺栓法蘭連接系統(tǒng)密封壽命;基于蠕變和疲勞損傷準則分析高溫螺栓的剩余壽命,探討螺栓法蘭連接系統(tǒng)的密封壽命和各部件壽命之間的關系。建立螺栓法蘭連接系統(tǒng)的壽命預測最弱環(huán)模型,將墊片的變形特性和泄漏特性統(tǒng)一于螺栓法蘭連接系統(tǒng)中進行研究,提出基于指標泄漏率和結構完整性的螺栓法蘭連接系統(tǒng)壽命評價方法。

螺栓法蘭連接廣泛的應用于石油化工等過程裝備中,其是最重要的靜密封連接形式之一,失效的主要原因是泄漏。利用有限元法對墊片的平均應力和外緣最大應力關系進行分析研究;采用解析方法預測螺栓法蘭連接結構的泄漏率,并與試驗結果進行對比,研究了墊片外緣最大應力與泄漏率之間的關系。結果表明,隨著螺栓載荷的增加,法蘭偏轉程度增加,墊片平均應力與墊片外緣最大應力的差值逐漸增大;墊片外緣最大應力較平均應力對連接結構泄漏率影響更大。

根據(jù)螺栓法蘭連接系統(tǒng)的模糊性、連接系統(tǒng)的主要故障及其失效原因,建立以連接系統(tǒng)泄漏失效為頂事件的故障樹.依據(jù)模糊集理論,基于基本事件發(fā)生概率的三角模糊分布,對所建立的故障樹進行了模糊分析.采用fussel算法得到了頂事件的最小割集,求取了頂事件的模糊概率及不同置信水平下頂事件的隸屬函數(shù);將模糊重要度中值分析法引入螺栓法蘭連接系統(tǒng)的故障樹分析中,獲得了頂事件最小λ截集水平下的各基本事件的模糊重要度,得到影響連接系統(tǒng)泄漏失效行為的重要因素,并給出相應的泄漏預防與控制策略.

采用有限元分析方法和壓縮回彈性能實驗對螺栓-法蘭連接用彈性墊圈在軸向載荷下的載荷變形響應關系進行了計算模擬和實驗研究,計算結果與試驗數(shù)據(jù)較為吻合,表明本文提出的有限元分析模型可較好地用于研究彈性墊圈的力學行為。在此基礎上,通過對模擬計算數(shù)據(jù)的數(shù)值擬合,得到了軸向載荷下彈性墊圈的壓縮、回彈性能公式,為彈性墊圈的規(guī)范化、參數(shù)化設計以及含彈性墊圈的螺栓-法蘭連接系統(tǒng)的緊密性分析與設計提供依據(jù)。

應用abaqus軟件,在考慮預緊力和內壓作用的工況下,對某廠所設計的壓力容器非標活節(jié)螺栓法蘭墊片連接系統(tǒng)進行三維有限元應力分析。根據(jù)應力分析結果進行線性化處理,按照jb4732-1995《鋼制壓力容器-分析設計標準》對其進行應力強度評定。結果表明,由于結構的復雜性,原設計結構的耳板、上法蘭和筒體的應力強度不滿足要求,需加厚上法蘭并在筒體上安裝加強板以減小其應力強度值。對具有不同厚度上法蘭和不同長度加強板的該結構進行應力分析,得到既滿足強度要求和密封要求,又節(jié)省材料的設計參數(shù),同時總結了上法蘭厚度和加強板長度對連接系統(tǒng)上法蘭和筒體應力的影響規(guī)律。這對類似結構的設計具有一定的指導意義。

fpr（玻璃鋼）法蘭連接螺栓長度 磅級管徑管插入深度（ds）fpr法蘭厚度a105法蘭厚度螺栓個數(shù)fpr-a105螺栓fpr-fpr螺栓fpr-單向閥-fprfpr-蝶閥-fpr 150lb2＂4650.819.545/8＂×4.5＂5/8＂×5.75＂5/8＂×8.25＂5/8＂×7.5＂ 150lb3＂4650.823.545/8＂×4.75＂5/8＂×5.75＂5/8＂×8.75＂5/8＂×7.75＂ 150lb4＂4650.823.585/8＂×4.75＂5/8＂×5.75＂5/8＂×8.75＂5/8＂×8＂ 150lb6＂5760.45225.583/4＂×5.50＂3/4＂×6.75＂3/4＂×10.75＂3/4＂×9.25＂ 150lb8＂

螺栓法蘭結構以其構造簡單、可靠性性能優(yōu)良的特點被廣泛應用于航空航天、核能等工業(yè)領域中。在連接面處,由于預緊力、摩擦力、拉壓受力分布不均使得螺栓連接的工作狀態(tài)相對復雜。本文首先介紹螺栓法蘭連接結構研究中發(fā)現(xiàn)的接觸、摩擦等工程現(xiàn)象和對該類問題的研究思路,然后對螺栓法蘭連接結構相關研究成果進行介紹,最后對該結構特性研究進行總結與展望。

文章編號:1007-967x(2005)03-0046-03 法蘭連接中的螺栓預緊力 葉紅,顏廷武,劉元勝 (沈陽石蠟化工有限公司,遼寧沈陽11014) 摘要:法蘭連接中螺栓的預緊力,要滿足法蘭接頭在操作時不發(fā)生泄露。敘述了螺栓從預緊狀 態(tài)到操作狀態(tài)過程中法蘭接頭的變化。預緊力應是考慮了內壓作用和墊片在升壓過程中 松弛的綜合結果。 關鍵詞:法蘭;螺栓;預緊力;計算 中圖分類號:th131.3文獻標識碼:a 1概述 由于生產操作上的需要及制造、安裝、檢修、運 輸?shù)姆奖?各工業(yè)部門的容器或管道經常做成可拆 卸的。采用了可拆卸連接后,保證聯(lián)接口密封的可 靠性,成為決定工業(yè)生產能否正常運行的必要條件。 螺栓連接的法蘭接頭是一種應用極為廣泛的結 構,它屬于強制密封,依靠聯(lián)接件通過被聯(lián)接件強制 擠壓密封元

本文提出螺栓法蘭連接的緊密性概念,針對螺栓法蘭連接長時間在高溫條件下會失效的問題,對法蘭連接的三個主要部件作了失效分析,從理論上提出了相應的措施以降低因連接失效造成的損失。

對壓力管道法蘭連接中螺栓的受力、預緊力的計算方法進行了分析,研究了墊片的密封性能,包括基本密封特性、壓力-回彈特性、墊片的厚度和寬度效應。得出了法蘭連接時,連接點的泄漏與螺栓預緊力、密封面狀態(tài)、使用工況、墊片等有關的結論。

采用解析方法對墊片應力徑向分布及其不均勻性進行研究,提出基于墊片徑向應力分布的螺栓法蘭連接結構泄漏率預測方法。將墊片應力徑向分布解析計算結果與有限元計算結果,以及泄漏率預測結果與現(xiàn)有方法預測結果和rott(roomtemperaturetightness)的試驗結果分別進行比較和分析。結果表明,墊片應力分布的解析計算結果與有限元結果一致,且大小由內徑向外徑逐漸增大,隨著螺栓載荷的增加,墊片徑向應力的不均勻性也逐漸增大;提出的泄漏率預測方法得到的計算結果與試驗結果十分吻合,且較現(xiàn)有預測方法得到的結果更為精確。

為準確評價螺栓法蘭連接結構的緊密性,采用解析方法對螺栓法蘭連接中非線墊片沿徑向變形量和應力分布進行研究。解析方法計算得到的墊片變形量與應力分布與有限元法計算結果基本一致,但較有限元法計算的稍偏小。分析結果表明,墊片變形量及沿徑向的應力分布都是不均勻的,由墊片內徑向外徑逐漸增大。

采用有限元法對彈性墊圈軸向載荷下的變形規(guī)律進行了研究,并以此為依據(jù),提出了利用變形協(xié)調分析對高溫螺栓法蘭連接中彈性墊圈剛度進行設計計算的方法。

現(xiàn)行金屬墊片的設計以墊片系數(shù)或線密封比壓為依據(jù),主要針對法蘭強度問題,而沒有定量泄漏和緊密性的概念,因此無法從理論上說明連接是否緊密。在金屬墊片變截面泄漏通道的泄漏率計算公式、接觸應力分布的解析算法以及連接結構變形協(xié)調分析的基礎上,建立連接系統(tǒng)的緊密性分析方法。實例分析表明:通過增加墊片應力(即提高螺栓載荷),可降低連接的泄漏率,但當墊片應力水平較高時,效果并不顯著。對于密封性要求高的連接,可以采用表面較光滑的墊片。以最大允許泄漏率為設計準則的設計方法與以強度為設計準則的規(guī)范設計方法相結合,有可能發(fā)展成為一種新的密封連接設計方法。

法蘭及其螺栓與墊片

所建立的參數(shù)化三維有限元模型,充分考慮了法蘭螺栓聯(lián)接系統(tǒng)的應力集中、墊片材料非線性特性以及各元件的接觸非線性,研究了螺栓法蘭連接系統(tǒng)各元件之間的相互作用,分析了預緊力、密封介質內壓力等因素對墊片應力的影響。結果表明墊片應力在徑向隨著節(jié)點半徑的增大而增大,隨著預緊力的增大而增大,隨著內壓力的增大而減小,在周向螺栓附近的應力明顯大于其它處應力。當墊片最外側應力低于了密封所要求的最低應力時,螺栓法蘭連接系統(tǒng)發(fā)生泄露。

在考慮連接結構承受外彎矩作用和螺栓、法蘭及墊片蠕變的基礎上,建立高溫螺栓法蘭連接結構的變形協(xié)調分析方程,采用解析方法研究連接結構承受外彎矩和蠕變對連接結構力學行為的影響。結果表明,外彎矩作用下,受拉側的法蘭轉角增大,螺栓伸長量減小,墊片應力增大;受壓側的情況則相反。在相同的工作條件下,考慮蠕變時,溫度越高,法蘭轉角、法蘭變形量和墊片應力減小幅度越大。外彎矩引起的墊片受拉側應力下降和元件的蠕變是連接結構密封失效的重要原因。

外載荷是影響螺栓法蘭接頭性能的重要因素,本文綜述了國內外對此的研究情況

法蘭連接中螺栓擰緊力矩的計算

筆者于2012年5月對株洲某公園的游樂設施進行定期檢驗中,發(fā)現(xiàn)"飛龜"旋轉臂法蘭處有一連接螺栓斷裂。經過向設備經營管理者了解,這并不是這個位置螺栓的第一次斷裂,設備總共才運營了一年多,已經發(fā)生過好幾次。雖然這次的設備缺陷沒有造成重大的傷亡事故。因為某個螺栓的斷裂影響到整個法蘭的