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有限元分析 最新法兰算例

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CATIA有限元的分析报告计算实例完整版

CATIA有限元的分析报告计算实例完整版

CATIA有限元分析计算实例CATIA有限元分析计算实例11.1例题1 受扭矩作用的圆筒11.1－1划分四面体网格的计算（1）进入【零部件设计】工作台启动CATIA软件。

单击【开始】→【机械设计】→【零部件设计】选项，如图11－1所示，进入【零部件设计】工作台。

图11－1单击【开始】→【机械设计】→【零部件设计】选项单击后弹出【新建零部件】对话框，如图11-2所示。

在对话框内输入新的零件名称，在本例题中，使用默认的零件名称【Part1】。

点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，进入【零部件设计】工作台。

（2）进入【草图绘制器】工作台在左边的模型树中单击选中【xy平面】, 如图11-3所示。

单击【草图编辑器】工具栏内的【草图】按钮，如图11-4所示。

这时进入【草图绘制器】工作台。

图11－2【新建零部件】对话框图11－3单击选中【xy平面】（3）绘制两个同心圆草图点击【轮廓】工具栏内的【圆】按钮，如图11-5所示。

在原点点击一点，作为圆草图的圆心位置，然后移动鼠标，绘制一个圆。

用同样分方法再绘制一个同心圆，如图11-6所示。

图11－4【草图编辑器】工具栏图11－5【轮廓】工具栏下面标注圆的尺寸。

点击【约束】工具栏内的【约束】按钮，如图11-7所示。

点击选择圆，就标注出圆的直径尺寸。

用同样分方法标注另外一个圆的直径，如图11-8所示。

图11－6两个同心圆草图图11－7【约束】工具栏双击一个尺寸线，弹出【约束定义】对话框，如图11－9所示。

在【直径】数值栏内输入100mm，点击对话框内的【确定】按钮，关闭对话框，同时圆的直径尺寸被修改为100mm。

用同样的方法修改第二个圆的直径尺寸为50mm。

修改尺寸后的圆如图11-10所示。

图11－8标注直径尺寸的圆草图图11－9【约束定义】对话框（4）离开【草图绘制器】工作台点击【工作台】工具栏内的【退出工作台】按钮，如图11-11所示。

退出【草图绘制器】工作台，进入【零部件设计】工作台。

承受外弯矩作用的法兰接头有限元分析

承受外弯矩作用的法兰接头有限元分析
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万方数据
5:@D
承受外弯矩作用的法兰接头有限元分析
@%&7=8 "%37 7==;
作为研究对象， 分析借助有限元软件 !"#$#。在有 限元模型中， 法兰环、 连接壳体、 螺栓都采用实体单 元 #%&’()* 模拟。使用 +,-./012.3)4 单元模拟垫片的 非线性行为， 该单元由 !"#$# 自动生成， 只考虑轴 向力， 忽略表面摩擦力。螺母与法兰表面之间采用 也忽略摩擦力。 5%,-12-364 接触单元模拟，
［;］ 由于 :@A5 实验 所用传感片的宽度仅为 3786
而垫片宽度为 7384 II， 所以传感片只能测量 II， 垫圈外周边部分面积上的接触应力， 如图 ; 所示。
图3 垫片的应力—应变曲线
法兰受拉侧 （图 ; 上半部 :@A5 的外弯矩实验表明， 分） 对应的垫片应力在外弯矩的作用下急剧降低， 因 此， 认定当垫片应力低于内压时， 法兰表面和垫片表 面 完 全 分 离，此 时 将 产 生 大 量 泄 漏。 另 外，
［4］ 所做的数值分析也证实了上述结论， 并 F%JK’(8 ! 将外弯矩作用下的垫片分为压紧和回弹两部分， 受
ｗｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃｏｍ
图7 法兰接头的有限元模型
压侧法兰对应的垫片被重新压紧， 即垫片应力增加， 而受拉侧法兰对应的垫片产生回弹， 即垫片应力减 小。故需分别研究每一部分的紧密性， 结果表明， 合 理控制垫片最低应力的分布能够保证接头的紧密 行计算， 以避免整个垫片上较高的平均应力值掩盖 接头真实的泄漏行为。
ｗｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃｏｍ
螺栓法兰接头广泛用于管道连接， 除受压力载 荷外， 通常还承受其它外载荷， 如风载荷、 地震载荷、 附加管道应力等， 当这些载荷达到一定数值时， 将引 起连接泄漏。因此， 研究承受外载荷的螺栓法兰接 头已成为密封研究领域的一个新热点。 在求解外载荷作用下的螺栓法兰连接问题时， 由于其材料特性和外部载荷的不规则性， 求其解析 解较为繁复。通常寻求近似解， 其中有限元法是解 决螺栓法兰接头复杂问题既经济又有效的办法。 本文采用三维有限元方法， 考虑垫片的非线性 特性， 模拟计算法兰、 螺栓、 垫片三者之间地相互作 用， 以及外弯矩对接头性能的影响， 以有效地评价法 兰接头的紧密性。

法兰有限元分析1

法兰有限元分析1

法兰有限元分析1.1 下法兰计算模型下法兰卡紧方式是通过卡箍将产品法兰与加压端法兰卡紧。

通过适当简化，成立如图1所示计算模型。

图1 下法兰计算模型简图在产品法兰上端面施加全位移约束fix-all；在加压端法兰内表面施加压力F。

1.2 下法兰分析结果在t1100压力作用下，产品法兰，加压端法兰和卡箍的应力散布情形别离如图2，图3，图4所示。

从以下图能够看出产品法兰等效应力的最大值为MPa423，位于Φ199通6.孔最薄弱处（如图上Max标示处）；最大主应力的最大值为MPa456，位于Φ5.199通孔边的R100圆弧上（如图下左Max标示处）；最大剪应力为MPa184，8.位于Φ199通孔最薄弱处（如图下右Max标示处）。

图2 产品法兰应力散布图（MPa）从图3上看，加压端法兰等效应力的最大值位于面上那6个黄点上，但那是由于接触引发的局部应力集中，不予考虑，实际等效应力最大值位置位于中心Φ50通孔上，最大值为MPa452，一样位于9.4.337，最大主应力的最大值为MPaΦ50通孔上（如图右Max标示处）。

图3 加压端法兰应力散布图（MPa ）卡箍应力散布如图4所示。

其等效应力的最大值位置如图左Max 标示处，最大值为MPa 4.278；最大主应力的最大值位置如图右Max 标示处，最大值为MPa 1.292。

图4 卡箍应力散布图卡箍的变形用其位移量散布图来表示，卡箍Y 向与Z 向位移量散布如图5。

由图看出卡箍在整个装配中向外位移了mm 901.2，自身向外拉伸了mm mm mm 297.3)396.0(901.2=--。

卡箍在整个装配中轴向位移了mm 048.3，卡箍自身轴向拉伸了mm mm 651.2)863.2(212.0=---。

图5 卡箍位移量散布图（变形成效夸张100倍时成效图）2.上法兰卡抓计算2.1 上法兰卡抓计算模型上法兰卡紧方式是通过卡抓将产品法兰与加压端法兰卡紧。

6瓣卡抓均匀散布在加压端法兰的卡槽里，为了简化计算，取其中1个采纳周期对称分析。

abaqus带法兰油缸的有限元分析

abaqus带法兰油缸的有限元分析

7.
定义载荷与边界条件 (Context Bar: Module Load) Toolbox Area: click Create Load Create Load Window: input Name: Pressure Outer; select Step: Load, Category: Mechanical, Types for Selected Step: Pressure; click Continue… Viewport: click the right edge Prompt Area: click Done Edit Load Window: input Magnitude: 100; click OK Toolbox Area: click Create Load Create Load Window: input Name: Pressure Inner; select Step: Load, Category: Mechanical, Types for Selected Step: Pressure; click Continue… Viewport: click the left edge Prompt Area: click Done Edit Load Window: input Magnitude: 200; click OK Toolbox Area: click Create Boundary Condition Create Boundary Condition Window: input Name: Fix Corner; select Step: Initial, Category: Mechanical, Types for Selected Step: Symmetry/Antisymmetry/Encastre; click Continue... Viewport: click the left bottom corner of the part Prompt Area: click Done Edit Boundary Condition Window: select ENCASTRE(U1=U2=U3=UR1=UR2=UR3=0); click OK Toolbox Area: click Create Boundary Condition Create Boundary Condition Window: input Name: Fix Bottom Edge Vertically; select Step: Initial, Category: Mechanical, Types for Selected Step: Displacement/Rotation; click Continue… Viewport: click the bottom edge Prompt Area: click Done Edit Boundary Condition Window: set U1: OFF, U2: ON, UR3: OFF; ar: Module Step) Toolbox Area: click Create Step Create Step window: input Name: Load; select Procedure type: General > Static, General; click Continue… Edit Step Window: click OK

某法兰盘有限元分析报告

某法兰盘有限元分析报告

法兰盘有限元分析报告姓名：学号：学院：机械学院法兰盘有限元分析报告一，总述本报告依托于。

，针对一个法兰盘，运用Hypermesh9.0进行有限元分析前处理，并用软件自带的RADIOSS求解器进行求解分析确定法兰盘的设计尺寸。

二，研究背景某自卸车转向节设计：转向节的结构形式如下图所示：本报告针对的是上图标号为10转向节的法兰盘进行设计。

充分考虑到自卸车的工况，进行力学分析，得出此法兰盘的应力分布情况，进而确定此法兰盘的结构及尺寸（主要是法兰的厚度设计）。

具体做法是：首先通过UG建模，然后导入Hypermesh9.0进行画网格，并用RADIOSS 进行求解应力分布，获取完全满足材料的屈服极限及疲劳强度的结构。

最终结构及设计尺寸如下模型所示，分析证明这种结构完全满足了自卸车转向节的力学性能且材料经济性。

三，模型的建立1，UG建模法兰盘的厚度是本报告最主要的设计尺寸。

根据经验和同型号其他车型的设计尺寸，初取法兰盘厚度为30mm，在UG中建模如下图所示。

2，画网格将上述UG模型导入到Hypermesh9.0中进行有限元分析前处理，选用五面体和六面体实体网格，画网格后如下图所示3，设置材料参数定义材料属性：弹性模量E=2.1×105 Mpa，泊松比μ=0.3，设置对话框如下图所示4，施加载荷与约束根据法兰盘的受力情况：受到周向力矩，将其装化成沿周向的切向力，故在8个安装孔中心处施加8个大小相等的周向力153KN；在安装面φ400mm上被压紧，没有位移，故在φ400mm上添加约束。

加载后如下图所示：三，计算结果使用RADIOSS求解器求解法兰盘的应力与应变云图如下图所示：应变云图应力云图附，计算结果运行时间四，计算结果分析根据计算结果对比厚度为30mm ，25mm ，20mm 三种情况的应力与应变分布情况，综合考虑力学性能和经济性，选择厚度尺寸为25mm 。

根据上表可知，厚度为25mm 时，最大变形量为0.05mm ，最大应力为98.47MPa 。

刚性法兰在弯矩作用下的有限元分析

刚性法兰在弯矩作用下的有限元分析
!第!+卷 第&期 !!"##年&月
广东电力 ?@=A?(BA?CDC7-3975BEC3
S6D*!+)6*&! "8.*!"##!
刚性法兰在弯矩作用下的有限元分析
曾程!金晓华
!广东省电力设计研究院"广东 广州 %#"’’($
摘要!主要研究了钢管结构中刚性法兰连接在弯矩作用下的受力性能"应用大型有限元软件 ")I2I对刚性法兰 盘在弯矩作用下的受力特点进行有限元分析"并将有限元计算结果与 R<($%#%+’!""!)架空送电线路杆塔结构 设计技术规定*&R<($%#("’!""#)架空送电线路钢管杆设计技术规定*的计算结果进行对比"为这!个规定中 +刚性法兰节点连接,章节的修编提供参考依据% 关键词!刚性法兰#弯矩#旋转轴#有限元 中图分类号!$%!"’!!!!文献标志码!O!!!!文章编号!#""$!!)"&!!"##$"&!""!’!"%
为防止钢管在加载点产生应力集中#另在加载 处设置一道刚性环#刚性环两端与钢管连接#荷载 加在环上#然后再通过环较均匀的传递到钢管上# 刚性环的刚度为钢管的#"+ 倍(
!!计算结果及分析
*+!!变形及应力分布 在所加荷载作用下结构的变形如图(所示#其
弯曲形状及应力分布基本符合结构力学的理论推
导(在两刚性环之间的钢管#侧向中间部位应力值
("
广东 电 力
第!+卷!
T5)* R1!M8,#R5)* /6-.!F068##5)* 701-.* "-3D;H,H 6-V,.,ATD3-.1U6,-?H,-I?11D$8=8D3>$6L1>H)U*JO8,DA,-. $1C0-,P81R1B1D69E1-?#!""’#((!#!"%#+!#’J )+*刑静忠* ")I2I$*"分析实例与工程应用)%*J北京%机械工 业出版社#!""+J

钢管杆塔新型内外法兰受弯性能试验研究及有限元分析

钢管杆塔新型内外法兰受弯性能试验研究及有限元分析

Experimental research and finite element analysis on flexural performance of innovative flange joint used in steel poles
HUANG Yu1 ，DENG Hongzhou1 ，JIN Xiaohua2 （ 1． Department of Building Engineering，Tongji University，Shanghai 200092 ，China； 2． Guangdong Electric Power Design Institute，Guangzhou 510600 ，China）
b tmax
（ 3）
假设内外圈螺栓之间的拉力比值满足线性关系： y Ii N BIi = N （ 4） y O1 BOmax 由式（ 1 ） ～ 式（ 3 ） 可得外圈螺栓的最大拉力为： （ M － Ne） y O1 N BOmax = （ 5） 2 （ ∑ y2 Oi + ∑ y I i ） 内圈螺栓的最大拉力为： y I1 N BImax = N y O1 BOmax
1 1 2 誉 ，邓洪洲 ，金晓华
（ 1． 同济大学 建筑工程系，上海 200092 ； 2． 广东省电力设计研究院，广东广州 510600 ）
摘要： 提出了一种适用于钢管杆塔的内外法兰连接型式， 阐述了该法兰的特点， 对节点的设计进行了系统分析， 提出了节点 螺栓拉力计算模型， 指出确定计算螺栓拉力旋转轴的位置是整个新型法兰的研究重点。 为考察新型内外法兰的受力性能、 节点破坏模式、 内外圈螺栓拉力及法兰螺栓群的受力分界线， 以白花洞钢管杆工程为背景， 进行了 2 个缩尺法兰模型的静 力试验。同时， 对试验模型进行了非线性有限元分析， 试验结果与有限元分析结果吻合较好， 分析结果均表明： 这种法兰构 安全可靠， 可用于实际工程。最后， 结合试验与有限元参数分析结果， 给出了内外法兰受弯时的设计方法， 建议计 造合理、 算螺栓拉力的旋转轴位置可取在距钢管中心 0. 7 r 处 （ r 为钢管半径） 。 关键词： 钢管杆塔； 新型内外法兰节点； 静力试验； 有限元分析； 螺栓拉力 中图分类号： TU392. 3 文献标志码： A

中宽厚板轧钢机联轴器法兰叉的有限元分析

中宽厚板轧钢机联轴器法兰叉的有限元分析
引言 随着我 国冶金行业的快速发展， 中宽厚板是 近几年乃至将来很长一段时间发展的必然趋势， 从而对该板轧机生产线重大机械装备的技术水平 也要求越来越高 、 越来越先进。 重载型十字轴式万 向联轴器是用于中宽厚板轧钢机的主传动轴 ， 与 传统的梅花套 、 齿式联轴器、 十字滑块式联轴器相
图 ３ 法兰又 工况下 受力和 约束 图 ２有限元分析的求解和后处理 建立有限元模型的基本原则是确保模型的 准确性 。 在满足准确性的前提下可适当简化模型， 例如在进行有限元分析时，往往只要求了解某些 部位和区域的应力分布情况 ， 而不必分析整个零 件。 因此在建立 ｎ 模型时， 何 ． 就无须将所有特征做 出来 ，特别是一些结构较复杂且又不影响分析区 域的特征，完全可以不做出或者以—个简单的特 征来代替它 。 有限元软件在读人外部数据时并不进行单 位的自动转换 ， 因此， Ｈ 在 何建摸时采用的模型单 位、 载荷单位 ， 杨氏模量的单位都将影响到最后计 算结果的单位。为了保证计算时的量纲与设计习 惯相一致 ， 在有限元分析中 采用如下表中量纲 表１
泊松 比（０ Ｓ ０ — Ａ １ ＝ － Ｐ ＩＳ Ｎ Ｒ Ｔ０）０ ０ ３
材料密度（ Ａ Ｓ Ｄ Ｎ ＩＹ ＝ ８ ０ ｇ Ｍ Ｓ ＿ Ｅ ＳＴ ） ５ ｋ／ ７ ｍ 模型单位（ Ｎ Ｔ ：Ｉ Ｕ Ｉ ）Ｉ Ｔ 由于 ４ Ｃ 属于塑性材料 ，因此采用屈服极 ０ｒ 限 ８Ｍ ａ ５ Ｐ 作为该材料的极限应力， 并取安全 系数为 ２ ， 此时材料的许用应力为：
４结论 联轴器是实际工程中大量使用的轴连接装 置， 尽管它 的结构一般较简单 、 体积较小 ， 但在生 产加工过程中却起着举足轻重的作用 ， 一旦联轴 器发生断裂， 势必给生产造成影响， 因此联轴器的 结构设计非常重要 ， 以 根据 上分析结果 ， 对于联轴 器中法兰叉的结构设计提出以下几点建议： （） １由于法兰叉的内 轮廓曲面极为复杂， 制造 和装配均有很大难度 ， 因此， 在设计时应加大叉头 根部的强度和过渡圆角值。 （） ２正常工况下 ， 法兰叉最大应力小于屈服极 限， 可以正常工作 ， 当出现过载时 ， 法兰叉可能发

基于soldiwroks带法兰油缸的有限元分析

基于soldiwroks带法兰油缸的有限元分析

基于solidwroks 带法兰油缸的有限元分析
1、问题描述
计算分析如下模型
数据如下
2
3
2120/210000/85.7/200/100m m N E cm
g m m N m m N ====γσσ
几何尺寸
2、解题过程
完整模型的有限元分析通过对称得到的1/8模型的分析完整模型的有限元分析
1）、编辑材料
2）、新建算例‘带法兰油缸’
3）在夹具中选择固定几何体
4）、加载压力载荷
5）、生成网格
6）、运算求解
最大的等效应力为389.5462
/mm N 同时也可以用对称行进行求解 过程如下 1）、新建算例‘八分之一算例’ 模型图如下
2）、进行夹具选择
3）、外加压力载荷
4）、生成网格
5）运算求解
最大的等效应力为395.9702
/mm N
3、新的体会和学到的知识
通过这个案例的学习，主要是有对称性的模型，在夹具选择是要注意使用高级选项的夹具功能。

通过对称性可以方便的简化计算过程，减少运算量。

快速求解结果。

法兰结构中螺栓预紧力及垫片密封的有限元分析

法兰结构中螺栓预紧力及垫片密封的有限元分析

图1人孔装置结构影响法兰密封的主要因素有螺栓预紧力、垫片密封性能、法兰密封面特征、法兰刚度和螺栓刚度、操作条件等。

预紧力是影响密封的一个重要因素，合适的预紧力可保证垫片在工作时保留一定的密封比压，预紧力过大则会把垫片压坏或挤出，从而破坏密封。

另外，当刚度不足时，法兰会产生过大翘曲变形而导致密封失效。

利用ANSYS 有限元分析软件对法兰结构进行三维有限元分析，找到合适的螺栓预紧力，既能满足密封，又不会使法兰结构产生过大的变形而导致密封失效或强度不足。

密封结构为某核电压力容器人孔装置，结构见图1。

该设备的技术参数为：设计压力为3.0MPa ，设计温度为300℃，工作介质为河水；水压试验压力为4.03MPa ，温度为20℃。

垫片采用石墨缠绕垫片，螺柱螺纹规格为M36×3，材料为0Cr17Ni12Mo2，人孔内径为448mm 。

2螺栓预紧力的计算一般情况下，在确定螺栓预紧力时应综合考虑法兰操作工况、外载荷、法兰刚度、允许泄露率、垫片性能及螺栓上紧方式等因素，按法兰当量计算压力计算螺栓预紧载荷。

单个螺栓最小和最大预紧力可参考如下方法进行计算：p e =16M πG 3+4p rπG 2+p （1）W a =πbGy （2）F =0.785G 2p e （3）F p =6.28Gbmp e（4）W p =F +F p（5）式中：p e 为等效压力，MPa ；M 为外部弯曲力矩，N ·mm ；G 为垫片负荷作用位置直径，mm ；p r 为径向载荷，N ；p 为内压，MPa ；W a 为垫片安装所需最小螺栓载荷，N ；b 为垫片有效密封宽度，mm ；y 为垫片比压力，MPa F 为内压引起的总轴向力，N ；法兰结构中螺栓预紧力及垫片密封的有限元分析赵登东哈电集团（秦皇岛）重型装备有限公司（河北秦皇岛066206）摘要利用ANSYS 有限元分析软件，对人孔法兰结构进行有限元分析模拟。

通过螺栓预紧力公式计算得到螺栓预紧力，将其施加到预紧单元PRETS179来模拟螺栓预紧力，施加到接触单元和垫片单元INTER195来模拟垫片的接触密封结构。

大口径法兰三维力学有限元分析

大口径法兰三维力学有限元分析

Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａ ｈ ｅ ｄｍｅ ｓｏ ａ ｃ ａ ｉａ ｄ ｌｏ ｏｔ ｄ ｆ ｎ ｅ ｉｉｔｗａ ｕｌ．Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｃ ｎ ｉｅ ｉｇ ｏ ｈ ｔ ｒｅ— ｉ ｎ ｉ ｎ ｌｍｅ ｈ ｎｃ ｌｍｏ ｅ ｆｂ ｌ ａ ｇ ｏｎ ｓ ｂ ｉ ｅ ｌ ｔ ｓ ｄ ｏ ｈ ｏ ｓｄ ｒｎ ｆｔｅ
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汽爆罐快开齿啮法兰结构的有限元分析

汽爆罐快开齿啮法兰结构的有限元分析

１ 装 置结构 及设 计条件 １ １ 装置 结构 ．
２ ０Ｃ， ０ ￣ 工作 介 质 为 过 热 蒸 汽 与 压 缩 空 气 的 混合
物 ， 体尺 寸如 图 ２所示 。 具
汽爆罐 快开 装 置结 构 一 般 由球 形 罐 盖 、 盖 罐
｝ 钟 文 飞 ， ，９ １ ８月 生 ， 理 工 程 师 。 江苏 省 常州 市 ，１０ ６ 男 １８ 年 助 ２３１。
１ ２ 设计 条件 ． 球形 封 头 和罐 体 的厚 度 均 为 ２ ｒ 材 料 为 ２ ｍ， ａ
１ Ｍｎ 罐 盖 法 兰 、 体法 兰 的材 料为 １ ＭｎＩ级 ６ Ｒ， 罐 ６ Ｉ 锻件 ， 设计 压力 为 １９ ａ 内直径 为 １２ ０ ｍ， ． ＭＰ ， ０ ｒ 齿 ａ 数／ ７ ，＝１ ， 计 疲 劳 寿 命 为 １ ， 计 温 度 为 ６设 ０次 设
合 时 的整体有 限元参 数模 型 。罐体 法兰 与罐体 连 接处 存 在 结 构 不 连 续 ， 型 中 取 罐 体 长 度 为 模
３０ ｍ（ ０ ｒ 大于该 结 构 的 ２ ５ ￣硒 值 ， 中 尺 为罐 ａ ． ／ 其
方 法对 汽 爆 罐 快 开 齿 啮 法 兰结 构进 行 计 算与 分 析 ， 对危 险 截 面进 行 了强 度评 定 和 疲 劳 分析 。 关 键 词 汽 爆 罐 面 一 接 触 快 开装 置 有 限 元 分 析 面
中 图分 类 号 Ｔ ０３２ Ｑ ５． 文献标识码 Ａ 文 章编 号 ０ ５ － ９ （ ０ １ Ｏ －０ ６０ ２４ ０４ ２１）ｌ ６ － ６ ０ ４
置结构 如 图 １ 示 。 所
定时间 ， 再突然减压 ， 产生二次蒸汽 ， 其体 积猛 使
增、 固体物 料 结构 破 坏 ， 而 完 成原 料 的预 处 理 。 从

对垫片进行有限元分析的螺栓法兰连接的密封性研究

对垫片进行有限元分析的螺栓法兰连接的密封性研究

本文翻译自：M. Murali Krishna, M.S.Shunmugam,N.Siva Prasad A study on the sealing performance of bolted flange joints with gaskets using finite elemen t analysis[J].International Journal of Pressure Vessels and Piping2007(84):349-35 7使用有限元分析方法研究带垫片的螺栓法兰连接的密封性能摘要:垫片在螺栓法兰接头的密封性能中发挥重要作用，由于非线性的材料特性和永久变形，它们的行为是复杂的。

由于法兰偏转和垫片的材料属性导致的接触应力的变化在实现防漏接头中发挥重要作用。

在本文中，根据试验获得的垫片加卸载的特性进行了螺栓法兰接头的三维有限元分析（FEA）。

分析表明接触应力的分布比由ASME规定的对法兰偏转的限制在密封性能中占据更主导的影响地位。

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关键字：螺栓法兰接头；垫片特性；垫片接触应力；法兰偏转；轴向螺栓力1.简介带有垫片的法兰接头在压力容器和管道中非常普遍，主要被设计用于内部压力。

这种接头也用于特殊应用例如核反应堆和太空飞行器。

燃料管到火箭发动机之间的连接就是这些接头在太空飞行器中典型的应用。

防止流体泄漏时法兰接头最主要的需求。

许多设计变量影响接头性能并且很难预测在役接头的行为。

一些设计规范和标准，主要基于Taylor-Forge方法[1]，为法兰接头的设计提供了步骤。

甚至根据规范比如ASME,DIN,JIS和BS设计的接头也会经历泄漏，并且这个问题在工业中持续出现。

所有的这些规范都基于许多简化和假设，因此可能无法预测带有垫片的法兰接头的真实行为。

带有垫片的法兰接头分析的复杂性在于垫片材料的非线性行为和永久变形。

在过大应力的作用下材料将经历永久变形。

带接管组合法兰的强度和密封有限元分析

带接管组合法兰的强度和密封有限元分析
孔接 管 。其 中 Ｄ ６０下 法 兰 与 光气 吸 收 塔 的 开 Ｎ０ 孑接 管相 连 ， Ｌ 与之 配对 的 Ｄ ６０上法 兰 和 Ｄ ２０ Ｎ０ Ｎ ０
荆
下法兰为焊接在一起的整体结构 ；Ｎ ０ Ｄ ２０上法兰 与伸入法兰内部的细长管道焊接， 且通过螺栓与 Ｄ ２０下法兰配对连接 ， Ｎ０ 方便拆装 ；Ｎ ５下法兰 Ｄ６ 与细 长管 道焊接 ， 之配对 的 Ｄ ６ 与 Ｎ ５上法兰连接另
兰、 螺栓 、 螺母和垫片等不规则形状 的特点， 全部 采用带有 中节点 的 ２ ０节点三维等参元 Ｓｌ ５ ｏｄ９ ｉ
７５Ｍ ａ许用 应力 ５０Ｍ ａ 。 ３ Ｐ ， ３ Ｐ Ｊ
垫片密封一般 由连接件 、 垫片和紧固件等组
成， 因此考察某个接头的密封性能时 ， 必须将连接 结构作为一个整体 系统综合考 虑 。由于理论 Ｊ
解析 法要 对结 构 进行 简 化 ， 略 了许 多非 线 性 影 忽
响因素 ， 如螺栓预紧作用 、 被连接件密封面之间的 接触非线性行为以及垫片非线性本构 ， 故理论解 析法计算结果 的误差较大。因此 ， 必须借助 于非 线性 有 限元模 拟 分析 螺 栓 、 兰 和 垫 片 的相 互 作 法 用、 垫片应力分布和密封性能 ； 考虑垫片基于试验
３ ， ７ ， ２ ． 和 ０ ７ ． ０ ９ ， ２ ０， ０ ０ ０ ５ １０ ５， １０ ０ ３
２ １ 单元 选择 与建模 ．
利用有限元软件 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 进行模拟。针对法
・
２ ・ ３
带接管组合法兰 的强度和密封有限元分析
Ｖ １ ． ｏ ０ ２ ｏ ９ Ｎ ２２ １ ２
关键词 ： 法 兰 ； 力强度 ； 组合 应 密封 ； 非线 性有 限元

硫化罐封头法兰刚度的有限元分析

硫化罐封头法兰刚度的有限元分析

硫化罐封头法兰刚度的有限元分析赵常铭;金志浩;汤方丽;代立鹏【摘要】根据 ASME 标准，法兰刚度变化可由法兰转角反映。

对某硫化罐进行分析，利用 ANSYS 有限元软件进行有限元计算，对封头法兰端面定义路径并由路径上点位移换算成路径转角。

通过改变尺寸参数，最终得到封头法兰端面不同位置刚度变化规律并指出硫化罐端盖部分易发生泄漏位置。

%According to the ASME standard, the change of stiffness of flange can be reflected by the flange deflection angle. In this paper, the finite element computation of a vulcanizing boiler was carried out by using the finite element software ANSYS, the path on the end of head flange was defined, and point displacement on the path was converted into a path deflection angle. By changing the size parameter, change rule of rigidity of the end of head flange in different position was obtained, and the easy leakage location was pointed out.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】3页(P1309-1311)【关键词】硫化罐;齿啮式快开结构;法兰刚度;有限元【作者】赵常铭;金志浩;汤方丽;代立鹏【作者单位】沈阳化工大学，辽宁沈阳 110142;沈阳化工大学，辽宁沈阳110142;沈阳化工大学，辽宁沈阳 110142;沈阳化工大学，辽宁沈阳 110142【正文语种】中文【中图分类】TQ050.2硫化罐广泛应用于橡胶制品的硫化，是橡胶工业的重要生产设备，由于大多橡胶制品的硫化过程均为间歇式操作，故硫化罐端盖一般采用齿啮式快开结构。

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题目：成都石化设计院用于某容器上的带增强法兰的球封头，结构尺寸如图，工作载荷为内压0.8Mpa ，螺栓载荷为535574N ，材料为20R 。

请按照分析设计的要求分析该结构在上述工况下操作时的各类应力并进行强度校核。

一、载荷分析 1.用户数据根据设计图，计算基础数据如下：2.结构参数以下所有厚度均为有效厚度，长度单位：mm中心接管参数图1: 带增强法兰的椭圆封头-中心接管参数示意图封头参数图2: 带增强法兰的椭圆封头-封头参数示意图法兰参数图3: 带增强法兰的椭圆封头-法兰参数示意图3.材料参数4.载荷条件接管端面已自动施加由内外压差引起的边界等效压力。

二、结构分析根据法兰结构特点，应进行带增强法兰的椭圆封头的应力分析，建立力学模型如下：(1)力学模型根据带增强法兰的椭圆封头的结构特点和载荷特性，采用了三维力学模型。

图4: 带增强法兰的椭圆封头网格图(2)边界条件位移边界条件图5: 带增强法兰的椭圆封头X方向约束图6: 带增强法兰的椭圆封头Y方向约束图7: 带增强法兰的椭圆封头Z方向约束力边界条件参见“载荷分析”。

(3)单元选择网格剖分采用8节点六面体单元和6节点三棱柱单元。

三、应力分析结果图8: 带增强法兰的椭圆封头变形图及σp3应力分布图四、强度评定图9: 第1条分析路径局部图第1条分析路径(内节点2917, 外节点883)总体薄膜应力强度：S I = 29.53 < KS m t= 144.20MPa薄膜加弯曲应力强度：S III = 35.39 < 1.5KS m t= 216.30MPa 一次加二次应力强度：S IV = 35.39 < 3.0KS m t= 432.60MPa图10: 第2条分析路径局部图第2条分析路径(内节点572, 外节点673)局部薄膜应力强度：S II = 37.27 < 1.5KS m t= 186.90MPa薄膜加弯曲应力强度：S III = 37.27 < 1.5KS m t= 186.90MPa 一次加二次应力强度：S IV = 42.18 < 3.0KS m t= 373.80MPa图11: 第3条分析路径局部图第3条分析路径(内节点3573, 外节点3600)总体薄膜应力强度：S I = 5.92 < KS m t= 124.60MPa薄膜加弯曲应力强度：S III = 6.59 < 1.5KS m t= 186.90MPa 一次加二次应力强度：S IV = 6.59 < 3.0KS m t= 373.80MPa图12: 第4条分析路径局部图第4条分析路径(内节点4676, 外节点677)局部薄膜应力强度：S II = 13.06 < 1.5KS m t= 171.90MPa薄膜加弯曲应力强度：S III = 13.06 < 1.5KS m t= 171.90MPa 一次加二次应力强度：S IV = 25.13 < 3.0KS m t= 343.80MPa 该容器强度校核合格。

五、结论1. 所有A、B类焊缝需100%无损检测，合格标准按JB4732-95的规定。

2. 锻件和封头、锻件和筒体小园弧加工完成后，需进行表面磁粉检测。

3. 所有对接焊缝需打磨至与母材平齐。

4. 本设备的设计、制造均按JB4732-95标准进行。

5. 在达到上述要求后，该容器在设计条件下的强度是满足JB4732-95标准规范要求的。

附录A 带增强法兰的椭圆封头应力分类数据A1 第1条路径的应力强度值外节点883 内节点2917###################线性化应力################外节点Sx Sy Sz Txy Tyz Tzx 薄膜应力 26.95 21.16 0.38 4.79 -1.94 0.91弯曲应力 10.99 13.65 3.33 -3.16 -1.32 0.96峰值应力 0.48 0.37 0.67 0.03 0.10 -0.01中间点Sx Sy Sz Txy Tyz Tzx 薄膜应力 26.95 21.16 0.38 4.79 -1.94 0.91弯曲应力 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00峰值应力 -0.10 -0.07 0.01 -0.00 -0.10 0.05内节点Sx Sy Sz Txy Tyz Tzx 薄膜应力 26.95 21.16 0.38 4.79 -1.94 0.91弯曲应力 -10.99 -13.65 -3.33 3.16 1.32 -0.96峰值应力 -0.08 -0.10 -0.72 -0.02 0.31 -0.19###################主应力与等效应力##################外节点S1 S2 S3 SP3 SP4薄膜应力 29.66 18.70 0.13 29.53 25.86弯曲应力 15.96 8.89 3.12 12.84 11.14峰值应力 0.70 0.49 0.33 0.37 0.32中间点S1 S2 S3 SP3 SP4薄膜应力 29.66 18.70 0.13 29.53 25.86弯曲应力 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00峰值应力 0.09 -0.10 -0.15 0.25 0.22内节点S1 S2 S3 SP3 SP4薄膜应力 29.66 18.70 0.13 29.53 25.86弯曲应力 -3.12 -8.89 -15.96 12.84 11.14峰值应力 0.09 -0.10 -0.89 0.97 0.89####################应力分类结果：##################PM PM+PB PM+PB+Q PM+PB+Q+F 外节点 29.53 35.39 35.39 35.19中间点 29.53 29.53 29.53 29.45内节点 29.53 23.75 23.75 24.33A2 第2条路径的应力强度值内节点572 外节点673###################线性化应力################内节点Sx Sy Sz Txy Tyz Tzx 薄膜应力 16.32 36.85 0.28 2.23 0.18 2.73 弯曲应力 -18.85 -0.75 -4.14 1.99 0.19 -4.86 峰值应力 1.70 2.72 -0.03 0.04 0.04 0.56 中间点Sx Sy Sz Txy Tyz Tzx 薄膜应力 16.32 36.85 0.28 2.23 0.18 2.73 弯曲应力 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 峰值应力 0.74 -1.04 0.24 -0.11 -0.09 0.41 外节点Sx Sy Sz Txy Tyz Tzx 薄膜应力 16.32 36.85 0.28 2.23 0.18 2.73 弯曲应力 18.85 0.75 4.14 -1.99 -0.19 4.86 峰值应力 0.96 2.28 -0.13 0.01 0.13 -0.52###################主应力与等效应力##################内节点S1 S2 S3 SP3 SP4 薄膜应力 37.10 16.53 -0.17 37.27 32.33弯曲应力 -0.49 -2.75 -20.51 20.02 18.99峰值应力 2.73 1.87 -0.20 2.93 2.61中间点S1 S2 S3 SP3 SP4 薄膜应力 37.10 16.53 -0.17 37.27 32.33弯曲应力 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00峰值应力 0.98 0.01 -1.05 2.04 1.77外节点S1 S2 S3 SP3 SP4 薄膜应力 37.10 16.53 -0.17 37.27 32.33弯曲应力 20.51 2.75 0.49 20.02 18.99峰值应力 2.29 1.17 -0.34 2.63 2.29####################应力分类结果：##################PL PL+PB PL+PB+Q PL+PB+Q+F 内节点 37.27 37.27 42.18 46.17中间点 37.27 37.27 37.27 34.96外节点 37.27 37.27 35.02 39.28A3 第3条路径的应力强度值内节点3573 外节点3600###################线性化应力################内节点Sx Sy Sz Txy Tyz Tzx 薄膜应力 5.24 0.11 2.72 1.48 0.00 -0.00 弯曲应力 0.36 -0.21 0.03 0.16 0.00 0.02 峰值应力 0.01 0.03 0.01 -0.01 -0.00 -0.00 中间点Sx Sy Sz Txy Tyz Tzx 薄膜应力 5.24 0.11 2.72 1.48 0.00 -0.00 弯曲应力 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 峰值应力 -0.01 0.00 -0.00 -0.00 0.00 -0.00 外节点Sx Sy Sz Txy Tyz Tzx 薄膜应力 5.24 0.11 2.72 1.48 0.00 -0.00 弯曲应力 -0.36 0.21 -0.03 -0.16 -0.00 -0.02 峰值应力 0.03 -0.03 -0.00 0.02 -0.00 0.00###################主应力与等效应力##################内节点S1 S2 S3 SP3 SP4 薄膜应力 5.64 2.72 -0.28 5.92 5.13弯曲应力 0.41 0.03 -0.26 0.66 0.58峰值应力 0.03 0.01 0.00 0.03 0.03中间点S1 S2 S3 SP3 SP4 薄膜应力 5.64 2.72 -0.28 5.92 5.13弯曲应力 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00峰值应力 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00外节点S1 S2 S3 SP3 SP4 薄膜应力 5.64 2.72 -0.28 5.92 5.13弯曲应力 0.26 -0.03 -0.41 0.66 0.58峰值应力 0.03 -0.00 -0.04 0.07 0.06####################应力分类结果：##################PM PM+PB PM+PB+Q PM+PB+Q+F 内节点 5.92 6.59 6.59 6.55中间点 5.92 5.92 5.92 5.91外节点 5.92 5.26 5.26 5.33A4 第4条路径的应力强度值内节点4676 外节点677###################线性化应力################内节点Sx Sy Sz Txy Tyz Tzx 薄膜应力 0.68 -2.13 8.33 0.04 -1.01 -4.75 弯曲应力 5.74 5.23 14.27 0.09 -0.27 -4.73 峰值应力 -1.25 -1.14 -2.68 -0.03 0.03 0.63 中间点Sx Sy Sz Txy Tyz Tzx 薄膜应力 0.68 -2.13 8.33 0.04 -1.01 -4.75 弯曲应力 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 峰值应力 0.77 0.71 1.63 0.02 -0.01 -0.25 外节点Sx Sy Sz Txy Tyz Tzx 薄膜应力 0.68 -2.13 8.33 0.04 -1.01 -4.75 弯曲应力 -5.74 -5.23 -14.27 -0.09 0.27 4.73 峰值应力 -2.80 -2.96 -7.43 -0.04 -0.18 0.48###################主应力与等效应力##################内节点S1 S2 S3 SP3 SP4 薄膜应力 10.67 -1.40 -2.39 13.06 12.59弯曲应力 16.38 5.22 3.64 12.74 12.03峰值应力 -1.01 -1.14 -2.92 1.91 1.85中间点S1 S2 S3 SP3 SP4薄膜应力 10.67 -1.40 -2.39 13.06 12.59弯曲应力 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00峰值应力 1.70 0.72 0.69 1.01 0.99外节点S1 S2 S3 SP3 SP4 薄膜应力 10.67 -1.40 -2.39 13.06 12.59弯曲应力 -3.64 -5.22 -16.38 12.74 12.03峰值应力 -2.73 -2.96 -7.49 4.75 4.64####################应力分类结果：##################PL PL+PB PL+PB+Q PL+PB+Q+F 内节点 13.06 13.06 25.13 21.43 中间点 13.06 13.06 13.06 14.93外节点 13.06 13.06 2.61 10.49。