基于ANSYS的简体法兰的疲劳强度分析.pdf

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1、·46·基于ANSYS的简体法兰的疲劳强度分析马字，郑民欣(郑州轻工业学院机电工程学院，河南郑州450002)≮_-一其件卞疲对劳其寿进命行耗数用值系模数拟1．从，得而到为最简体大的法应兰力进应·变步韵分鲒布构在设此计提静供态分必析要的基理础啼爸上依糖，通麓过疲羹劳．分析模块⋯进蔓行疲鼻：麓劳仿_真计算；估算中图分类号：，mns文献标识码：A文章编号：100I2-6886(2oll’J婵0046-03ll≯：件，建立某种简体法兰的有限元分析计算模型，并在最高0引言使用压力及螺栓预紧力等载荷条件下对其进行数值模拟，随着管道事业的发展，管道在生产和生活中起着很

2、从而进行结构强度和刚度分析，确定螺栓预紧力对筒体强重要的作用。但在压力管道设计、生产、安装和使用过程度的影响规律，得到静态应力应变分布情况。在此静态分中，经常会遇到要对法兰进行强度和刚度校核的问题。法析的基础上，通过疲劳分析模块，以Miner疲劳设计准则兰就是需要同时兼顾应力和应变的管道部件之一，特别是为依据，进行疲劳仿真计算，估算其疲劳寿命耗用系数，探在输送的介质有毒有害的情况下。法兰连接的设计涉及讨分析该简体法兰的疲劳寿命情况，从而为法兰进一步的到法兰本身、垫片、螺栓及需用值的确定等多方面的因素，结构设计提供必要的理论依据。在一定的管道尺寸和压力以及温

3、度组合的条件下，法兰的1有限元建模刚度校核就更加必要⋯。由于螺栓连接广泛地存在于管在进行有限元建模时，首先应该根据研究对象的形道运输中，而且大多数的装配体结构都是通过螺栓法兰连状、几何尺寸及边界条件等特点，来确定有限元分析的几接，法兰间的接触以及装配过程中所施加的预紧力等非线何模型。该筒体材料的弹性模量为2．1Ell，泊松比为性因素对螺栓连接结构的强度、刚度、疲劳特性等都有很o．3，该筒体尺寸(内径和外径)已经确定。大的影响。如果忽略了这些影响，就会给管道带来严重的由于三通连接处内外均为圆弧过渡，过渡圆弧面不破坏，故如何避免此类事故的发生就成为有待解决的重

4、要同，简体承压能力也不同，因此需要设计筒体圆弧过渡面。问题。螺栓法兰连接系统中关于法兰应力应变分析方面筒体连接处外圆弧半径为0．04m，内壁过渡圆弧半径为的研究工作，国际上最早可以追溯到19世纪末，近年来国o．06m，筒体所受内压为最高使用压力0．65MPa。内也对法兰的性能进行了一些研究，并取得了一定的成考虑到ANSYS软件提供了两种实体建模方法：自顶果心]。其中有文献利用ANSYS有限元分析软件通过建立向下与自底向上。无论使用自顶向下还是自底向上方法螺栓法兰连接结构的实体非线性有限元计算模型，模拟螺建模，用户均能使用布尔运算来组合数据集，从而“雕塑栓预

5、紧力对结构的影响，在不同边界条件下，不同基础激出”一个实体模型。并且ANSYS也提供了完整的布尔运励下进行瞬态动力学分析，从而得出不同边界条件下螺栓算，诸如相加、相减、相交、分割、粘结和重叠。在创建复杂松紧对能量耗散的影响。本文主要利用ANSYS分析软·47·实体模型时，对线、面、体、基元的布尔操作能减少相当可A一螺栓危险截面的面积，A叮『／4观的建模工作量。故本文采用直接在计算机仿真软件预紧力的具体数值应根据载荷性质、连接刚度等具ANSYS中运用三维几何实体的基本组成元素点，线，面和体工作条件确定。本文中筒体端部法兰螺栓连接处螺栓体来建模，建好选用碳素钢

6、螺栓。的筒体法兰三‘屈服极限O"s=270MPa维几何模型如螺栓截面尺寸A=,rrd／4：0．000078m2图1所示。则螺栓预紧力：鉴于AN—Fo≤(0．6～0．7)tr,A=0．6×270×10。×7．85×10一=SYS自动划分12717N网格的优越性，取螺栓预紧力Fo=12000N^NSYS采用实体单元通过有限⋯聃-1自由网格划分元模拟分析计方式，系统将自算，得到应力应动根据模型的变的最大值，出形状和尺寸、模现在两个过渡型局部的曲率、圆弧的中心位线与线之间的置，如图3、4中距离来设置网所示。格精度的等级，图3应力云图3疲劳强度自动选择合适分析的网格

7、进行划分。划分网静强度分格后的有限元析计算的结果图2划分网格后的模型模型如图2所显示随着内压示。的逐渐增大，筒体最大应力发2静强度分析生在两个过渡绝大多数螺纹在装配时都必须拧紧，使连接件承受圆弧的中心位图4变形位移云图工作载荷之前，预先受到力的作用。这个预加的作用力称置，过渡圆弧处为预紧力。预紧的目的在于增强连接的可靠性和紧密性，是筒体壁厚最薄的地方，在内压和螺栓预紧力的作用下，以防止连接件出现缝隙或发生相对滑移。经验表明：适当最大应力发生在该处与预测的结果相符。由于这些局部选用较大的预紧力对螺栓连接的可靠性及连接件的疲劳应力值最大的区域，在实际使用中受到

8、随机动载荷的作强度都是有利的，特别对于像气缸盖、管路法兰、齿轮箱、