学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

螺栓法兰的三维有限元及紧密性能分析

作　者: 杜娟
导　师: 李敏
学　校: 东北石油大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 螺栓法兰管壳式换热器垫片非线性强度紧密性
分类号: TH131
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 169次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

螺栓法兰连接件是石油化工领域一种重要的密封连接结构。由于各种工况的作用,接头处易发生泄漏,导致密封失效。2001年根据统计数据表明,所有泄漏事故中有17%发生在螺栓法兰连接的位置,由此可以看出螺栓法兰紧固对保证压力容器的安全运行有着很重要的作用。论文对螺栓法兰连接件的有限元分析及紧密性能分析,可为合理的法兰接头设计提供理论参考依据,减少设备在运行过程中的泄漏,保证其安全运行。本论文以管壳式换热器中夹带管板的螺栓法兰连接件为研究对象,采用了标准高颈设备法兰(JB/T4703-2000)作为分析的基准法兰,考虑了垫片材料的非线性性质和各元件间的接触关系(一种非线性关系),将螺栓、法兰、垫片和管板等十种元件作为一个整体,利用ANSYS有限元分析软件对其进行了静力分析,并研究了几何尺寸和载荷等参数对连接件整体强度和紧密性的影响。其中,管壳式换热器中螺栓法兰连接件所夹带的实际管板在模型中通过美国机械工程师协会(ASME)锅炉及压力容器规范中的法兰设计规范简化为无孔实心的等效管板,并把有限元计算结果与GB151设计规范公式计算结果做对比,结果显示管板中心处的径向最大应力值与规范计算值较吻合。通过对螺栓法兰连接件的有限元分析,结果显示:预紧和内压工况时,螺栓法兰连接件整体和各元件应力分布趋势基本一致,随着内压的增大,各部位的应力强度增大,法兰和螺栓的变形也随之增大。螺栓受到轴向的拉应力,螺母与法兰环接触受到压紧应力,产生应力集中,法兰环有从内向外张开的趋势。由于几何形状不连续,预紧时法兰环与法兰颈连接处出现应力集中,内压时法兰颈与封头的连接处出现应力集中,但影响区域较小。通过螺栓、垫片和法兰等几何参数和预紧力的变化对螺栓法兰连接件强度和紧密性影响的分析,结果表明:法兰、螺栓、垫片和载荷等多种参数的改变对螺栓法兰连接件强度和紧密性有着重要的影响,能够直接引起连接件强度和紧密性的增大或减小,因此,在设计螺栓法兰连接件时也应考虑各元件的几何尺寸及施加载荷的大小。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
创新点摘要  6-9
第一章绪论  9-18
  1.1 螺栓法兰连接研究的背景、目的及意义  9
  1.2 螺栓法兰连接件紧密性的研究方法  9-12
    1.2.1 螺栓法兰连接件的密封与泄露  9-10
    1.2.2 螺栓法兰连接件中的法兰设计方法  10-11
    1.2.3 螺栓法兰连接件整体有限元分析方法  11-12
  1.3 课题的国内外研究现状  12-14
    1.3.1 国外螺栓法兰连接的研究状况  12-13
    1.3.2 国内螺栓法兰连接的研究状况  13-14
  1.4 管壳式换热器的分类及特点  14-15
  1.5 存在的问题及发展趋势  15-16
    1.5.1 高效密封材料的开发  15
    1.5.2 完善螺栓法兰连接件设计方法  15-16
    1.5.3 合理准确的有限元分析  16
  1.6 本论文研究的主要内容  16-18
第二章有限元分析机理研究及模型的建立  18-28
  2.1 螺栓法兰连接的力学分析理论  18-21
    2.1.1 法兰轴向位移的计算  18-20
    2.1.2 螺栓变形量的计算  20
    2.1.3 垫片变形量的计算  20-21
    2.1.4 螺栓法兰连接件的变形协调方程  21
  2.2 垫片应力-应变方程的确定  21-22
    2.2.1 垫片的非线性性质  21
    2.2.2 Matlab 数据拟合软件介绍  21-22
    2.2.3 垫片压缩回弹曲线的拟合  22
  2.3 螺栓法兰连接件三维有限元模型的建立  22-27
    2.3.1 有限元分析软件ANSYS10.0 介绍  22-23
    2.3.2 螺栓法兰连接件有限元模型的建立  23-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章螺栓法兰连接件的三维有限元分析  28-48
  3.1 实际管板的简化和三维有限元分析  28-33
    3.1.1 实际管板的简化  28-29
    3.1.2 等效管板的应力分析  29-31
    3.1.3 等效管板的有限元分析结果与理论计算值的对比  31-33
  3.2 螺栓法兰连接件整体的应力分析  33-34
  3.3 法兰的应力分析  34-39
    3.3.1 上下法兰的应力强度分布  34-36
    3.3.2 上法兰的各应力强度分量分布  36-37
    3.3.3 下法兰的各应力强度分量分布  37-39
  3.4 螺栓的应力分析  39-41
    3.4.1 螺栓的应力强度分布  39-40
    3.4.2 螺栓的各应力强度分量分布  40-41
  3.5 垫片的应力分析  41-46
    3.5.1 管壳程垫片的应力强度分布  42-44
    3.5.2 管程垫片的各应力强度分量分布  44-45
    3.5.3 壳程垫片的各应力强度分量分布  45-46
  3.6 本章小结  46-48
第四章几何参数及载荷对连接件强度和垫片紧密性的影响  48-57
  4.1 法兰对螺栓法兰连接件强度和紧密性的影响  48-50
    4.1.1 法兰环厚度对螺栓法兰连接件强度和紧密性的影响  48-49
    4.1.2 法兰根部圆角对螺栓法兰连接件强度和紧密性的影响  49
    4.1.3 法兰颈斜率对螺栓法兰连接件强度和紧密性的影响  49-50
  4.2 螺栓对螺栓法兰接头强度和紧密性的影响  50-52
    4.2.1 螺栓直径对螺栓法兰连接件强度和紧密性的影响  50-51
    4.2.2 螺栓孔中心圆位置对螺栓法兰连接件强度和紧密性的影响  51-52
  4.3 垫片对螺栓法兰接头强度和紧密性的影响  52-55
    4.3.1 垫片厚度对螺栓法兰连接件强度和紧密性的影响  52-53
    4.3.2 垫片宽度对螺栓法兰连接件强度和紧密性的影响  53-54
    4.3.3 垫片外径对螺栓法兰连接件强度和紧密性的影响  54-55
  4.4 螺栓预紧力对螺栓法兰接头强度和紧密性的影响  55
  4.5 本章小结  55-57
结论  57-59
参考文献  59-63
发表论文目录  63-64
致谢  64-65
详细摘要  65-77

螺栓法兰的三维有限元及紧密性能分析

内容摘要

全文目录

相似论文