法兰应力分析评定的问题

法兰有限元分析1.下法兰计算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。

经过适当简化，建立如图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，加压端法兰以及卡箍的应力分布情况分别如图2，图3，图4所示。

从下图可以看出产品法兰等效应力的最大值为MPa423，位于Φ199通孔6.最薄弱处（如图上Max标示处）；最大主应力的最大值为MPa456，位于Φ1995.通孔边的R100圆弧上（如图下左Max标示处）；最大剪应力为MPa184，位于8.Φ199通孔最薄弱处（如图下右Max标示处）。

图2 产品法兰应力分布图（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，但那是由于接触引起的局部应力集中，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，同样位于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 加压端法兰应力分布图（MPa ）卡箍应力分布如图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 卡箍应力分布图卡箍的变形用其位移量分布图来表示，卡箍Y 向与Z 向位移量分布如图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 卡箍位移量分布图（变形效果夸张100倍时效果图）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瓣卡抓均匀分布在加压端法兰的卡槽里，为了简化计算，取其中1个采用周期对称分析。

梯形槽法兰应力理论计算与数值计算分析刘甲斌;韩钰;淡勇【摘要】计算了密封开裂失效法兰内部最大应力,为失效分析提供技术资料。

使用《GB 150-1998》Waters法兰设计方法及有限元ANSYS数值计算方法,分别计算出该失效法兰的最大应力,并进行对比分析。

结果表明：两种方法计算的法兰锥颈最大轴向弯曲应力,误差最大;计算的法兰环上的径向应力误差最小。

两种方法计算的法兰最大应力相差较小,两种计算结果相互验证、相互支持,所得数据可以作为分析法兰失效原因的资料。

%The seal crack failure of flange internal maximum stress was calculated to provide technical data for failure reason analysis. Using the GB 150 - 1998 Waters flange design method and finite element ANSYS numerical calculation method, respectively, the maximum stress of the failure flange was calculated, then compared and analyzed. The biggest error appeared at the maximum flange cone neck axis bending stress, and the minimum error was at the flange ring radial stress. The difference of calculating the flange maximum stress using these two methods was smaller, and two calculation results verified each other, supported each other, and the data could be used to analyze the reasons of the failure flange.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2012(040)016【总页数】3页(P149-151)【关键词】失效分析;应力;有限元;数值计算【作者】刘甲斌;韩钰;淡勇【作者单位】西北大学化工学院,陕西西安710069;西北大学化工学院,陕西西安710069;西北大学化工学院,陕西西安710069【正文语种】中文【中图分类】TB42;E96梯形槽法兰及八角环垫由于具有密封结构简单、制造维护方便、密封静压力高等特点，广泛应用于石油、化工等高温、高压设备上［1］。

管道法兰断裂失效分析管道法兰断裂失效是由于法兰长期受到稳定应力、持续加载或温度循环等不利因素的影响，引起法兰积累的应力过大，从而使法兰断裂的一种失效现象。

它不仅会对法兰本身造成破坏，还会引发管道流体的泄漏，严重影响管道的安全性能，从而给建筑物及其用户带来安全隐患，是当前管道行业中极为关注的话题。

产生原因管道法兰断裂失效的常见原因包括：首先，法兰设计的抗拉强度过低，无法满足管道密封需求；第二，法兰的安装不良，并未正确地支撑、加固法兰，很容易引发法兰断裂；最后，管道内敷设膨胀节和支撑栓等管道支撑结构严重不足，不能有效地承受和分布水管及配件的自重和水压，从而使法兰也产生断裂。

失效影响管道法兰断裂失效会造成极大的危害，一旦失效发生，可能造成管道产生渗漏，使管道配件过度畸变，影响管道正常运行，造成重大的安全隐患；严重的还会导致管道开裂，进而引发爆炸、火灾等严重灾害。

预防措施为了减少管道法兰断裂失效的发生，需要采取适当的预防措施：首先，管道法兰设计时需采用较强的抗拉强度，使其可以满足管道的密封需求；其次，在安装法兰时需加强支撑，保证法兰安装牢固，以减少法兰断裂的可能性；最后，加强管道支撑结构，使膨胀节和支撑栓有效地承受并分布水管及配件的自重和水压，以避免法兰断裂的发生。

维修保养管道法兰断裂失效一旦发生，需及时采取措施进行修复，常见的方法主要有两种：第一种是采用焊接的方式，将法兰熔接结合，实现管道的密封；第二种是采用管道膨胀的方式，插入膨胀螺母修复法兰，以达到防止漏水的效果。

除了维修保养，业主在使用管道时也应考虑安装质量、加固支撑、加实管道支撑结构等因素，以防止管道法兰断裂失效发生。

结论管道法兰断裂失效是由于法兰设计、安装、管道支撑结构以及使用环境等因素的影响而导致的，一旦发生会严重影响管道的安全性能，造成严重的安全隐患，因此，在使用管道时，业主应该采取有效的预防措施，加强管道的安装质量，加强支撑，做好维修保养，以减少管道法兰断裂失效的发生。

压力容器应力分析报告引言压力容器是一种用于储存或者输送气体、液体等介质的设备。

由于容器内的介质压力较高，容器本身需要能够承受这种压力而不发生破裂。

因此，对压力容器进行应力分析是非常重要的，它可以帮助我们判断容器的安全性并提供设计和改进的依据。

本报告旨在对压力容器进行应力分析，以评估其在工作条件下的应力分布情况，并根据分析结果提出相应的建议和改进措施。

1. 压力容器的工作原理和结构在进行应力分析之前，我们首先需要了解压力容器的工作原理和结构。

1.1 工作原理压力容器通过在容器内部创建高压环境来储存或者输送介质。

这种高压状态可以通过液体或气体的压力产生，也可以通过外部作用力施加于容器上。

容器的结构需要能够承受内部或外部压力的作用而不发生破裂。

1.2 结构压力容器通常由壳体、端盖、法兰、密封件等部分组成。

壳体是容器的主要结构部分，可以是圆柱形、球形或者其他形状。

端盖用于封闭壳体的两个端口，而法兰则用于连接不同部分的容器或其他设备。

密封件的选择和设计对于保证容器的密封性和安全性至关重要。

2. 压力容器应力分析方法在进行压力容器应力分析时，我们可以采用不同的方法和工具。

下面将介绍两种常用的应力分析方法。

2.1 解析方法解析方法是一种基于数学模型和理论计算的应力分析方法。

通过建立压力容器的几何模型和材料性质等参数，可以使用解析方程和公式计算容器内部和外部的应力分布情况。

这种方法适用于简单结构和边界条件的容器，具有计算简单、速度快的优点。

2.2 有限元方法有限元方法是一种基于数值计算的应力分析方法。

它将复杂的压力容器分割成有限个小单元，通过求解每个小单元的应力状态，再将它们组合起来得到整个容器的应力分布。

有限元方法可以考虑更多的几何和材料非线性，适用于复杂结构和边界条件的容器，具有更高的精度和可靠性。

3. 压力容器应力分析结果和讨论在进行压力容器应力分析后，我们得到了容器内部和外部的应力分布情况。

根据具体的分析方法和参数，以下是一些可能的结果和讨论。

法兰泄漏校核的方法及适用范围的研究摘要：法兰泄漏校核是工程设计中比较复杂的课题，为研究不同的法兰泄漏校核方法及适用范围，本文以标准法兰的温度-压力额定值为基准，利用CAESRA II 应力分析计算软件，模拟出不同工况下各校核方法的泄漏界限，并根据各种校核方法的原理，推荐不同法兰泄漏校核方法的适用范围和场景。

关键词：法兰泄漏校核方法 Taylor forge CAESAR II1. 引言法兰连接是压力管道中最常用的可拆卸连接形式，广泛应用于压力管道中管件、阀门、设备等之间的连接，因此如何保证法兰接头的安全性十分重要。

然而由于法兰连接涉及法兰、垫片、紧固件等多个元件，涉及预紧、试验、使用等多个过程，涉及介质压力、预紧力、外力、外弯矩、温度等多种荷载，法兰的失效准则也分为应力引起的强度失效和变形引起的刚度失效准则，如何对法兰接头进行安全性评定是一个比较复杂的问题。

基于以上多种因素的考量，也就出现了多种法兰接头的安全性评定方法。

必须明确的是，变形引起的刚度失效可能更加贴近实际的失效形式，但是要考虑法兰的偏转角度、垫片的压缩量或应变量，螺栓的伸长量等，变形的计算需采用有限元分析，难度较大，对于工程设计来讲，既没有必要也不切实际。

况且由于安全系数较大，一般而言，基于强度计算出的螺栓截面积和法兰厚度是足够的。

那么，以上多种法兰泄漏校核方法，在实际的工程设计中，分别适用哪种场合，哪个方法比较精确，哪个方法又比较安全呢？本文以标准法兰的温度-压力额定值为基准，探讨各法兰校核方法的泄漏界限和适用范围。

2. 标准法兰的压力-温度额定值P R压力-温度额定值来源于ASME B16.5、 B16.47，规定了具有相近弹性模量的金属材料，即碳素钢、合金钢、不锈钢、镍基合金的钢制管法兰的压力—温度额定值。

2.1 ASME B16.5 B16.47钢制管法兰的压力-温度额定值确定原则P R=(10S/8750)xP c≤P r[1]式中：P R=法兰在相应温度下的压力额定值，barS=法兰材料许用应力值，MPaP c=法兰Class等级值P r=最大压力额定值，bar（区别于P R）2.2 标准法兰的螺栓面积的确定准则A b x7000psi≥A g xP c[1]其物理含义是：螺栓承载能力不小于内压在垫片密封面外径范围内的推力。

管道应力分析的原则管道应力分析应保证管道在设计条件下具有足够的柔性，防止管道因热胀冷缩、管道支承或端点附加位移造成应力问题。

ASME B31《压力管道规范》由几个单独出版的卷所组成，每卷均为美国国家标准。

它们是子ASME B31 压力管道规范委员会领导下的编制的。

每一卷的规则表明了管道装置的类型，这些类型是在其发展过程中经考虑而确定下来的，如下所列：B31.1 压力管道：主要为发电站、工业设备和公共机构的电厂、地热系统以及集中和分区的供热和供冷系统中的管道。

B31.3 工艺管道：主要为炼油、化工、制药、纺织、造纸、半导体和制冷工厂，以及相关的工艺流程装置和终端设备中的管道。

B31.4 液态烃和其他液体的输送管线系统：工厂与终端设备剑以及终端设备、泵站、调节站和计量站内输送主要为液体产品的管道。

B31.5 冷冻管道：冷冻和二次冷却器的管道B31.8 气体输送和配气管道系统：生产厂与终端设备（包括压气机、调节站和计量器）间输送主要为气体产品的管道以及集汽管道。

B31.9 房屋建筑用户管道：主要为工业设备、公共结构、商业和市政建筑以及多单元住宅内的管道，但不包括B31.1 所覆盖的只寸、压力和温度范围。

B31.11 稀浆输送管道系统：工厂与终端设备间以及终端设备、泵站和调节站内输送含水稀浆的管道。

管道应力分析的主要内容一、管道应力分析分为静力分析析1.静力分析包括：1)压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算——防止塑性变形破坏；2)管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算一一防止疲劳破坏；3)管道对设备作用力的计算——防止作用力太大，保证设备正常运行；4)管道支吊架的受力计算——为支吊架设计提供依据：5)管道上法兰的受力计算一防止法兰汇漏。

2.动力分析包括：1)管道自振频率分析一一防止管道系统共振：2)管道强迫振动响应分析——控制管道振动及应力；3)往复压缩机（泵）气（液）柱频率分析一一防止气柱共振；4)往复压缩机（泵）压力脉动分析——控制压力脉动值。

管道法兰接头的应力计算与校核方法比较研究摘要：管道法兰接头是管道系统中常用的连接方式之一，其应力计算与校核方法对其结构设计和使用安全至关重要。

本文旨在比较和研究不同的应力计算与校核方法，包括经典法兰接头设计规范、有限元分析和计算机模拟等方法。

通过对比各种方法的优缺点，为管道法兰接头的设计和校核提供参考和指导。

关键词：管道法兰接头；应力计算；校核方法引言：管道法兰接头是将两段管道通过法兰连接起来的一种常见方式，在设计和使用过程中，需要对接头的应力进行计算和校核，以确保其安全可靠性。

本文将比较和研究不同的应力计算与校核方法，以提供相关领域的参考和指导。

一、经典法兰接头设计规范经典法兰接头设计规范是管道工程领域中广泛采用的方法，具有简单、经济和实用的特点。

这些规范根据接头的几何形状、材料参数和工作条件等因素，提供了一系列计算公式和方法，用于估算接头的应力情况。

在经典法兰接头设计规范中，通常包括了法兰接头的尺寸、法兰和螺栓强度要求、法兰密封面和垫片设计要求等内容。

通过简化的计算模型和公式，可以快速估算出接头的基本应力情况，如轴向力、切向力、弯矩和扭矩等[1]。

然而，经典法兰接头设计规范的适用范围存在一定局限性。

对于一些特殊情况，如高压、高温、大口径、复杂载荷等条件下的接头设计，传统的规范方法可能无法满足精度要求。

此外，经典法兰接头设计规范通常假设接头和相关部件为刚性，在某些情况下没有考虑材料的非线性特性和接触面的摩擦影响，可能导致计算结果与实际情况存在一定差异。

因此，在特殊情况下，为了更准确地评估接头的应力分布和安全性，需要使用其他方法进行校核和验证。

有限元分析和计算机模拟等方法可以提供更详细和准确的接头应力计算结果，通过考虑材料的非线性特性、接触面的摩擦以及复杂加载条件等因素，更好地模拟实际工况下的接头行为二、有限元分析有限元分析是一种广泛应用于工程领域的计算方法，可以在电脑上模拟实际结构的应力和变形情况。

螺栓法兰连接结构的失效分析及优化设计螺栓法兰连接结构在各种机械设备、管道系统和建筑结构中有着广泛的应用，大大提高了任务的效率和质量。

然而，螺栓法兰连接结构的失效是避免不了的，它会造成紧固件的损坏，以及大的金钱损失和安全隐患。

本文旨在分析螺栓法兰连接结构的失效机制，并给出优化设计的建议，以减少损失和安全风险。

1、失效机制分析螺栓法兰连接结构的失效机制可概括为三类：强度失效、配合失效和寿命失效。

（1）强度失效。

这类失效是由于螺栓法兰连接结构承受的结构应力过大，从而导致紧固件损坏。

这类失效的原因包括设计不当、材料老化、焊缝损坏等。

（2）配合失效。

这类失效是由于螺栓法兰连接结构的连接面偏差过大，从而导致紧固件失效。

这类失效的原因包括螺栓法兰连接结构的加工误差、螺栓法兰连接结构的安装不当等。

（3）寿命失效。

这类失效是由于螺栓法兰连接结构在正常使用期间久放而使紧固件损坏。

这类失效常见于螺栓法兰连接结构不能正常维护和维修的情况。

2、优化设计（1）优化设计方案。

为了减少螺栓法兰连接结构的失效，应当采取以下措施：A.用超过结构要求强度的螺栓法兰连接结构，以提高其强度和韧性；B.强对螺栓法兰连接结构加工调整，以提高其配合精度；C.强螺栓法兰连接结构的维护和维修，以延长其使用寿命；（2）新型螺栓法兰连接结构研发。

为了更好地解决螺栓法兰连接结构的失效问题，应当开发新型螺栓法兰连接结构，这类新型螺栓法兰连接结构应当具备以下特点：A.构设计合理，能够有效承受结构荷载；B.接面配合精度高，使紧固件能够达到最大的紧固效果；C.料耐腐蚀性强，使紧固件能够耐久使用；D.于连接和维护，提高结构使用寿命。

3、总结通过对螺栓法兰连接结构的失效机制分析和优化设计，可以提高螺栓法兰连接结构的可靠性，减少损失和安全风险，进而提高工程的效率和质量。

此外，为了减少失效，还应当开发新型螺栓法兰连接结构，使其更好地满足工程的需求。