循环热-机械载荷下螺栓法兰结构的安定性分析.pdf

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1、循环热一机械载荷下螺栓法兰结构的安定性分析郑小涛，彭常飞，喻九阳，王明武。陈瑶(武汉工程大学机电工程学院，湖北武汉430205)摘要：利用通用有限元软件ABAQUS研究了循环温度和恒定机械荷载下螺栓法兰结构的安定性，并探讨了螺栓和法兰的材料属性对安定域的影响，得到了相应的经验设计公式。结果表明，当操作压力小于泄漏压力时，安定极限载荷与操作压力无关，但与螺栓和法兰的热膨胀系数比和弹性模量比有关，并给出了相应的经验公式。本文研究对循环温度和恒定机械载荷下螺栓法兰结构的安定性分析有一定的指导意义。关键词：安定性；螺栓；法兰；热一机械载荷中图分类号：T

2、H131．3；TQ055．8文献标识码：B文章编号：1001—4837(2012}07—0051—05doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2012．07．010ShakedownAnalysisoftheBolt—-FlangeStructureunderCyclicThermo——MechanicalLoadingsZHENGXiao—tao，PENGChang—fei，YUJiu—yang，WANGMing—wu，CI-IENYao(WuhanInstituteofTechnology，SchoolofMechanic

3、alEngineering，Wuhan430205，China)Abstract：Theshakedownbehaviorofthebolt—flangestructureundercyclethermalandconstantme。chanicalloadingswasresearchedbyfiniteelementsoftwareABAQUS．Theefectofmaterialproperties，suchastheratioofthethermalexpansioncoefficientandtheratiooftheYounggmo

4、dulusoftheboltandflangestructure，ontheshakedownlimitloadwaswidelyinvestigated．Theresultsshowthattheshakedownlimitloadisindependentoftheoperatingpressurewhentheoperatingpressureislessthantheleakagepressure，butthethermalexpansioncoefficientratioandtheelasticmodulusratioofthebo

5、ltandflangehavegreatinfluenceontheshakedownlimitload．Thispaperhasdirectivesignificancefortheshakedowndesignofthebolt—flangestructureundercyclethermalandconstantmechanicalloadings．Keywords：shakedown；bolt；flange；thermo—mechanicalloadings化，其通常承受循环热一机械载荷作用。Pai0引言。分析了循环载荷下影响螺栓滑移的

6、因素；Ferjani提出循环载荷下螺纹连接的寿命预在核电、燃煤发电及石油化工等行业存在大测方法；Korin研究了循环拉伸载荷下的力学量螺栓法兰结构，由于开、停车或温度波动等变行为；Leonavigius等探讨了循环弯曲载荷下螺基金项目：国家自然科学基金项目(NO．50976080)，武汉工程大学科学研究基金项目(NO．14125061)·5l·循环热一机械载荷下螺栓法兰结构的安定性分析Vo129．No'／2012栓连接的松弛和安定行为。但以上研究都没考虑(一)+6(,T2y++．『)]循环热一机械载荷下螺栓连接的安定行为；Me—输出所有等效残余

7、应力大于屈服强度的载荷lan_5首次提出了经典的下限安定定理；Bree首值，查找最小载荷值对应解的增量步i，则第一1先提出热一机械载荷下理想弹塑性薄壁圆筒的安步载荷为安定极限载荷。定极限解，即著名的Bree图；Abdalla等提出了非比例载荷下结构安定分析的简化有限元方法；2有限元模型和材料郑小涛等总结了安定分析的简化方法，并提出了相应的改进措施。文中以文献[7]中算法为基螺栓法兰模型是利用AbaqusCAE建模，取螺础，研究了螺栓法兰结构在循环热一机械载荷下栓的1／2，法兰的1／12，如图1所示。螺栓法兰结的安定性。构的几何参数如表1所示。1

8、安定性分析的基本理论和方法1．1Melan下限安定定理基于Melan下限安定定理：Max：us．t．f[(，)+p()]≤(V∈V)(1)Po,i()