基于有限元的法兰接头强度特性分析.pdf

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1、石油机械一98一CHINAPETROLEUMMACHINERY2013年第41卷第4期●油气田开发工程基于有限元的法兰接头强度特性分析韩传军张杰牛世伟(西南石油大学机电工程学院)摘要：法兰连接具有较高的强度和密封性，被广泛地用于石油化工设备和管道中。依据有限元原理，建立了由法兰、垫片和螺栓组成的连接有限元模型，并在有限元软件中对法兰的应力、应变进行了分析，研究了螺栓预紧力、介质压力对法兰应力、应变和密封性能的影响。分析结果表明，螺栓的预紧力越大，法兰的VonMises应力、接触应力和变形量就越大；当螺栓预紧力大于140kN时，法兰盘的螺栓孔附近发生塑性变形；预紧状态下的

2、法兰面接触应力大于工作中的接触应力；介质压力越大，法兰的VonMises应力值越大，法兰面上的接触应力越小。关键词：法兰连接；有限元；VonMises应力；接触应力；法兰接头；强度中图分类号：TE933文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1001—4578．2013．04．023FEMAnalysisofFlangeJointStrengthCharacteristicHanChua~anZhangJieNiuShiwei(SchoolofMechatronicEngineering，SouthwestPetroleumUniversity)Abstra

3、ct：Flangeconnectionisofhighstrengthandsealabilityandthusitiswidelyusedinpetrochemicale-quipmentandpipeline．Thefiniteelement(FEM)modeloftheconnectionwhichconsistsofflange，gasketandboltwasestablishedaccordingtotheFEMprinciple．AnanalysisofthestressandstrainofflangewasconductedwiththeFEMsoft

4、ware．Theeffectsofbolt’Spre-tighteningforceandmediumpressureontheflangestress，strainandseal—abilitywerestudied．Theanalysisshowsthatthegreaterthebolt’Spre—tighteningforce，thebiggertheflange’SVonMisesstress，contactstressanddeformation．Whenthepre—tighteningforceisgreaterthan140kN，plasticdefo

5、rma—tionoccursneartheboltholeofflangeplate．Thecontactstressofflangefaceinthepre—tighteningstateisgreaterthanthatinoperation．Thegreaterthemediumpressure，thebiggertheflange’SVonMisesstressvalueandthesmallerthecontactstressonflangeface．Keywords：flangeconnection；FEM；VonMisesstress；contactstr

6、ess；flangejoint；strength轴向内压力拉伸作用，预紧力减小，垫片发生回0引言弹，此时法兰密封面上的比压值低于预紧比压值，如果其大于密封比压值就能实现良好密封。但是，法兰连接是最常见的可拆卸连接结构之一，是常常由于法兰刚度不足，造成在预紧力作用下法兰石油化工设备和管道中应用最为广泛的密封形盘发生翘曲，从而引起密封失效或是不能实现高压式_lJ。法兰连接有较高的强度和密封性，适用的密封。因此，对法兰盘强度特性研究对于法兰连接尺寸范围较宽，但是不能很快地装配与拆卸，制造设计和装配有重要意义。成本较高。在初始螺栓预紧力作用下，垫片在法兰许多学者对法兰连接进行了

7、研究，如黄誉的作用下产生变形而被压实，与法兰面形成初始密等设计了一种适用于输电钢管塔塔脚的双层法封；在工作状态下，由于介质压力的作用，法兰受兰节点连接型式，并对其受力性能进行了试验研究基金项目：国家自然科学基金项目“复杂工况井高速重载牙轮钻头轴承边界润滑及损伤机理研究”(51004083)。