法兰有限元分析1
基于有限元的法兰接头强度特性分析
Ｍｉ ｓ ｅ ｓ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ，ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｃ ｔ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｄｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｗ ｈｅ ｎ ｔ ｈｅ ｐｒ ｅ — ｔ ｉ ｇ ｈ ｔ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｉ ｓ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈ ａ ｎ １ ４０ ｋ Ｎ， ｐ ｌ ａ ｓ ｔ ｉ ｃ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ — ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｃ ｃ ｕ ｒ ｓ ｎ ｅ ａ ｒ ｔ ｈ ｅ ｂｏ ｌ ｔ ｈ ｏ ｌ ｅ ｏ ｆ ｌ ｆ ａ ｎ ｇ ｅ ｐ ｌ ａ ｔ ｅ ． Ｔｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ａ ｃ ｔ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｌａ ｆ ｎ ｇ ｅ ｆ ａ ｃ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐｒ ｅ — ｔ ｉ ｇ ｈｔ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｉ ｓ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｅ ｒ
ｗａ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ＦＥＭ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ． Ａｎ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎｄ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｏ ｆ ｌａ ｆ ｎ ｇ ｅ ｗａ ｓ ｃ ｏ ｎｄ ｕ ｃ ｔ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈｅ Ｆ ＥＭ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ． Ｔｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｂｏ ｌ ｔ ’ Ｓ ｐ ｒ ｅ － ｔ ｉ ｇ ｈ ｔ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ａ ｎｄ ｍｅ ｄ ｉ ｕ ｍ ｐｒ ｅ ｓ ｓ ｕｒ ｅ ｏ ｎ ｔ ｈｅ ｌａ ｆ ｎ ｇ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ，ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ａ ｎ ｄ ｓ ｅ ａ ｌ — ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｗｅ ｒ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ． Ｔｈ ｅ ａ ｎａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｂ ｏ ｌ ｔ ’ Ｓ ｐ ｒ ｅ — ｔ ｉ ｇ ｈ ｔ ｅ ｎ ｉ ｎ ｇ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ，ｔ ｈ ｅ ｂ ｉ ｇ ｇ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｌａ ｆ ｎ ｇ ｅ’ Ｓ Ｖｏ ｎ
有限元分析-最新法兰算例
题目：成都石化设计院用于某容器上的带增强法兰的球封头，结构尺寸如图，工作载荷为内压0.8Mpa,螺栓载荷为535574N,材料为20R。
请按照分析设计的要求分析该结构在上述工况下操作时的各类应力并进行强度校核。
带增强法兰的球封头载荷分析1. 用户数据根据设计图，计算基础数据如下:2. 结构参数以下所有厚度均为有效厚度，长度单位：mm中心接管参数图1:带增强法兰的椭圆封头-中心接管参数示意图封头参数法兰参数图3:带增强法兰的椭圆封头-法兰参数示意图外直径di960 内直径d2 780 厚度t 66 螺栓数目24 螺栓中心圆直径d3 915 螺栓孔直径d4 27 垫片内直径d5 800 垫片外直径d6 866 倒角内半径r1 40 倒角外半径r215材料参数部位 材料 弹性模量 (MPa) 泊松比 比重 (g/cm ) S m (MPa)t接管 碳素钢锻件 20190200 0.3 7.84 3 124.6 封头 碳素钢钢板 20R 194600 0.3 7.824 144.2 法兰碳素钢钢板 20R1902000.37.84114.6载荷条件内压(MPa)0.8螺栓力(N) 535574 二、结构分析根据法兰结构特点，应进行带增强法兰的椭圆封头的应力分析,建立力学模型如下：(1) 力学模型根据带增强法兰的椭圆封头的结构特点和载荷特性，采用了三维力学模型。
图4:带增强法兰的椭圆封头网格图(2) 边界条件位移边界条件节.口总00091000Q00H«no.ooMon000(40)0OCCrHJOO 0EEt44mfl OOa+DM血伽OCOeHnOQQQe^WenorHnnnovtdoo■3 00a4«MflOCtHHOOOO H WDQCXnflMOEUrtffiEOCfia^™OoOc^POOXIJOOOQHOKiaflOrtujoOKftOOOOO^tOOOOIMb^W□ (Kr-KTO0£Xfe4QOOS0k*lflJDowxwo0Kr*«COQC^nKXBOWHODCQUlXlJOOOCc*{M0DIHrtOOCi00^*000ojnrxinDDOr'HKEI□OC HT KIJOOffl>*aoO图5:带增强法兰的椭圆封头X方向约束OnOHOQO^H:-■:I —111 -厂-'I「PI・OOQr^nol□ OLf "J：D ODlr*JDO JOOTtafOOO^-□OOMKKI o込希ioPQDZJQDJO .f*JJO磁砒one*aoDOXrtWOotr* 曲ioOOCmJjO图6:带增强法兰的椭圆封头丫方向约束JdJK U节貞血•OOte+COG0GOHWB tltJ>+€rt)dOOd-HNOOCCHOff)力如姻OCOtrHMO0EDe4«D 皿咄MOOQKXnUDOHWO皿畑QCQl^QQOLUrtWOQOOa^nO 000*4000CiCbrHMOQQDrKmOCOa-iOnOOfriMW0 009^X)0 OOrp-tUXi Q00H«n O(H>XIXI OOte-tflKi 000*000 0 00a伽口际硕OCOrHUO OOQrMHD OOQr^U OMrHKO OCOrHJffi 0皓琲划CETt^OE □DE T JOD aLOa+DOU OQ-utJU o m 畑ow>*aoo Q 应HUO OJHvHnD QQQeMW OWJtartQQO CGOrtflnOWY-KWO nuo^xnDDIXHO ooo^no oiXt-Htoo DOCtiffiOQjKrttBO OOO H WO0^*000 qCDa^on Q004070 OOOrrtn)ODOr^Xl OOteMDO00E」Ci 0O0r<W0WXKJ0图7:带增强法兰的椭圆封头Z方向约束力边界条件参见“载荷分析”。
高颈法兰设备的有限元分析
（ ） 垫 片 和 上 下 法 兰 环 之 间 的 接 触 以及 螺 ２
母 和 上 下 法 兰环 之 间 的接 触 采 用 面 一 面 接 触 单 元 Ｔ Ｇ ７ 、Ｃ ＮＴ ７ 描述 。接触 面相 对滑 动 的 ＡＲ Ｒ１ ０ Ｏ Ａ１４ 摩擦 系 数 为０３ －，对 于 螺 母 和螺 栓 的摩 擦 副 问题在 本 文 中不做 考虑 。
２ 一 ■ 论文广场 ６
一
石油与 设备 化工
２ １ 年 第 １ 卷 ００ ３
高颈法兰设备 的有 限元分析
曹峰 ，谢 禹钧
（ 宁石 油 化 工 大 学 机 械 学 院 ， 辽 宁 抚 顺 １ ０ ） 辽 １ ０］ ３
［ 要］ 利用有限元分析软件Ａｓｓ 摘 ＮＹ，建立 了高颈法兰设备及其边界的有 限元模型 ，分析 了在螺栓预紧及 内压共 同 作用下，高
在 边 界 条 件 处 理 上 ， 由 于 法 兰 接 头 在 结 构 、 载 荷 和 约 束 上 都 具 有 周 期 性 的 轴 对 称 性 质 ， 因此 ， 在 有 限 元 模 型 的 两 个 对 称 平 面 Ａ和 Ｂ 上 施 加 面 对 称 约 束 ，约 束 这 两 个 平 面 上 的 节 点 的 周 向 位 移 。 同 时 为 了 限 制 接 头 的 整 体 刚 体 位 移 ， 在 与 下 法 兰 环 相 连 接 筒 体 的截 断 端 施 加 面 轴 向固 定 约 束 。
兰环 相连 接 的筒体作 为一 个整体 来分 析 。
作者简 介 ：曹峰 （９ ５ １ ８ 一） ，男，山东泰安人 ，辽宁石油化
工 大学 在读硕 士研 析和 寿命评 估 。
第３ 期
曹峰等
高颈法兰设备的有 限元 分析
一 ７ ２一
非标准法兰的有限元分析及可靠性设计
Ｆｉ ｉｅ Ｅｌｍ ｅ ｔＡｎ ｌ ｓｓｏ ｎ ｔ ｎ ｒ ｌ ｎ ｅ ｎ ｔ ｅ ｎ ａ ｙ ｉ ｆＮｏ ｓ ａ ｄａ ｄ Ｆ ａ ｇ ｓ
法兰有限元分析1
法兰有限元分析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。
通过适当简化，成立如图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，加压端法兰和卡箍的应力散布情形别离如图2，图3，图4所示。
从以下图能够看出产品法兰等效应力的最大值为MPa423，位于Φ199通6.孔最薄弱处（如图上Max标示处）；最大主应力的最大值为MPa456，位于Φ5.199通孔边的R100圆弧上（如图下左Max标示处）；最大剪应力为MPa184，8.位于Φ199通孔最薄弱处（如图下右Max标示处）。
图2 产品法兰应力散布图（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，但那是由于接触引发的局部应力集中，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MPa452，一样位于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 加压端法兰应力散布图（MPa ）卡箍应力散布如图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 卡箍应力散布图卡箍的变形用其位移量散布图来表示，卡箍Y 向与Z 向位移量散布如图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 卡箍位移量散布图（变形成效夸张100倍时成效图）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瓣卡抓均匀散布在加压端法兰的卡槽里，为了简化计算，取其中1个采纳周期对称分析。
ANSYS法兰结构有限元分析
ANSYS 法兰结构有限元分析目录简介： ............................................................................................................... 1 附件 ANSYS 法兰结构有限元分析APDL 命令流 (3)简介：应用ansys 软件，建立法兰螺栓结构的有限元模型，考虑接触问题。
附件为完整的ANSYS 软件APDL 命令流。
图1 结果截图1——整体MNMXX Y Z199.571264.311329.051393.791SEP 18 201722:34:32图2 结果截图2——法兰图3 结果截图3——垫片MNMXX YZ70.0903134.83199.571264.311329.051393.791458.531SEP 18 2017MNMXXYZ122.281173.027223.772274.518325.263376.009426.755SEP 18 2017图4 结果截图4——螺栓附件 ANSYS 法兰结构有限元分析APDL 命令流finish /clear /prep7 *AFUN,DEG参数定义 F_B=78.6 !法兰内径 F_OD=116.01 !垫环外径 A=12.4 !垫环宽度 H=12.4 !垫环高度MNMXX YZ44.354381.1209117.887154.654191.421228.187264.954SEP 18 2017C=10.64 !平面宽度E=7.54 !槽深度N=15.39 !槽宽度F_K=152 !凸面外径QB=5 !凸台高度 (待定，没找到)FF_OD=270 !法兰外径T=59 !法兰厚度F_J1=142 !轮廓大径F_J2=110.2 !轮廓小径J3=63.5 !轮廓长度L=100 !管长R=10 !圆角半径BC=215.9 !螺栓圆直径LSKD=29 !螺栓孔直径LSD=25.4 !螺栓直径LSSB=170 !螺栓长度LMGD=20 !六角螺母高度 (待定，没找到) LMZJ=50 !六角螺母外接圆直径 (待定，没找到)FORC_BOLT_1=80e3 !螺栓预紧力1FORC_BOLT_2=80e3 !螺栓预紧力2FORC_BOLT_3=80e3 !螺栓预紧力3FORC_BOLT_4=80e3 !螺栓预紧力4FORC_BOLT_5=80e3 !螺栓预紧力5FORC_BOLT_6=80e3 !螺栓预紧力6FORC_BOLT_7=80e3 !螺栓预紧力7FORC_BOLT_8=80e3 !螺栓预紧力8pre=50 !内压DIS=H/2-(N/2-A/2)/TAN(23)-(A/2-C/2)/TAN(23) !法兰凸面端面与对称面的距离（导出变量，不需修改）G=119 !槽外径 !此变量没用上单元选择et,1,185材料属性mp,ex,1,2.1e5mp,prxy,1,0.29mp,ex,2,2.06e5mp,prxy,2,0.29TB,BISO,2,1,2TBTEMP,0TBDATA,,235,2.06e4mp,ex,3,2.1e5mp,prxy,3,0.3建模k,,F_B/2k,,F_OD/2-A/2-N/2k,,F_OD/2-A/2-N/2+E*tan(23),-E k,,F_OD/2-A/2+N/2-E*tan(23),-E k,,F_OD/2-A/2+N/2k,,F_K/2k,,F_K/2,-QBk,,FF_OD/2,-QBk,,FF_OD/2,-Tk,,F_J1/2,-Tk,,F_J2/2,-T-J3k,,F_J2/2,-T-J3-Lk,,F_B/2,-T-J3-La,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13 adele,1,,,0lfillt,9,10,Ral,allwpoff,F_OD/2-A/2csys,4k,,k,,A/2k,,,-H/2k,,C/2,-H/2k,,A/2,-H/2+(A/2-C/2)/TAN(23) a,16,17,20,19,18arsym,x,2wpcsys,-1,0csys,0nummrg,allnumcmp,allagen,,1,,,,-DIS,,,,1l,7,14asbl,1,24lwplan,-1,6,1wprota,,,45asbw,5wpcsys,-1,0k,,k,,,-100vrota,all,,,,,,26,25,360/8/2,1wprota,,-90wpoff,BC/2cylind,0,LSD/2,0,-LSSB/2,0,180 cylind,0,LSKD/2,0,-LSSB/2,0,180 RPR4,6,0,0,LMZJ/2,0,-(DIS+T+LMGD) wpcsys,-1,0vsbw,8vdele,10,,,1vovlap,9,4,6,7vdele,13,,,1vdele,15,,,1vdele,17,,,1vdele,14,,,1nummrg,allnumcmp,all材料分配vsel,s,,,1vsel,a,,,4vsel,a,,,11,12,1vatt,1vsel,s,,,2,3,1vatt,2vsel,s,,,5,10,1vatt,3allsel,all分网et,2,63lesize, 32.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 33.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 34.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 35.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 36.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 37.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 38.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 44.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 45.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 46.0,,, 10.0,,,,,0lesize, 47.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 48.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 53.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 54.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 55.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 68.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 69.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 70.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 71.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 72.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 73.0,,, 10.0,,,,,0asel,s,,, 2.0asel,a,,, 3.0asel,a,,, 5.0aesize,all,1.5amesh,allasel,s,,, 1aesize,all,4.5amesh,allallsel,allvsweep,3vsweep,2vsweep,4vsweep,1esize,4.5 vsweep,12 vsweep,11 vsweep,10 vsweep,9 vsweep,8 vsweep,5 vsweep,7 vsweep,6 aclear,all etdele,2 nummrg,all numcmp,all vsymm,y,all nummrg,all numcmp,allvsymm,z,all nummrg,all numcmp,allcsys,5vgen,8,all,,,,360/8 nummrg,all numcmp,all/prep7建立螺栓预紧单元vsel,s,,,6,7,1$vsel,a,,,18,19,1$vsel,a,,,30,31,1$vsel,a,,,42,43,1 eslv,spsmesh,1,bolt1,,all,,0,y,0,,,,bolt_1vsel,s,,, 342.0vsel,a,,, 343.0vsel,a,,, 354.0vsel,a,,, 355.0vsel,a,,, 366.0vsel,a,,, 367.0vsel,a,,, 378.0vsel,a,,, 379.0eslv,spsmesh,2,bolt2,,all,,0,y,0,,,,bolt_2vsel,s,,, 294.0vsel,a,,, 295.0vsel,a,,, 306.0vsel,a,,, 307.0vsel,a,,, 318.0vsel,a,,, 319.0vsel,a,,, 330.0vsel,a,,, 331.0eslv,spsmesh,3,bolt3,,all,,0,y,0,,,,bolt_3vsel,s,,, 246.0vsel,a,,, 247.0vsel,a,,, 258.0vsel,a,,, 259.0vsel,a,,, 270.0vsel,a,,, 271.0vsel,a,,, 282.0vsel,a,,, 283.0eslv,spsmesh,4,bolt4,,all,,0,y,0,,,,bolt_4vsel,s,,, 198.0vsel,a,,, 199.0vsel,a,,, 210.0vsel,a,,, 211.0vsel,a,,, 222.0vsel,a,,, 223.0vsel,a,,, 234.0vsel,a,,, 235.0eslv,spsmesh,5,bolt5,,all,,0,y,0,,,,bolt_5vsel,s,,, 150.0vsel,a,,, 151.0vsel,a,,, 162.0vsel,a,,, 163.0vsel,a,,, 174.0vsel,a,,, 175.0vsel,a,,, 186.0vsel,a,,, 187.0eslv,spsmesh,6,bolt6,,all,,0,y,0,,,,bolt_6vsel,s,,, 102.0vsel,a,,, 103.0vsel,a,,, 114.0vsel,a,,, 115.0vsel,a,,, 126.0vsel,a,,, 127.0vsel,a,,, 138.0vsel,a,,, 139.0eslv,spsmesh,7,bolt7,,all,,0,y,0,,,,bolt_7vsel,s,,, 54.0vsel,a,,, 55.0vsel,a,,, 66.0vsel,a,,, 67.0vsel,a,,, 78.0vsel,a,,, 79.0vsel,a,,, 90.0vsel,a,,, 91.0eslv,spsmesh,8,bolt8,,all,,0,y,0,,,,bolt_8 allsel,all/prep7创建接触1et,3,conta174 et,4,targe170 keyopt,3,9,0r,1asel,s,,, 27.0 asel,a,,, 164.0 asel,a,,, 270.0 asel,a,,, 407.0 asel,a,,, 506.0 asel,a,,, 643.0 asel,a,,, 742.0 asel,a,,, 879.0 asel,a,,, 978.0 asel,a,,, 1115.0 asel,a,,, 1214.0 asel,a,,, 1351.0 asel,a,,, 1450.0 asel,a,,, 1587.0 asel,a,,, 1683.0 asel,a,,, 1813.0type,4real,1nsla,s,1esln,s,0esurf,all allsel,allasel,s,,, 20.0 asel,a,,, 159.0 asel,a,,, 264.0 asel,a,,, 403.0 asel,a,,, 500.0 asel,a,,, 639.0 asel,a,,, 736.0 asel,a,,, 875.0 asel,a,,, 972.0 asel,a,,, 1111.0 asel,a,,, 1208.0 asel,a,,, 1347.0 asel,a,,, 1444.0 asel,a,,, 1583.0 asel,a,,, 1678.0 asel,a,,, 1809.0type,3real,1nsla,s,1esln,s,0esurf,allallsel,all创建接触2 et,5,conta174et,6,targe170 keyopt,5,9,0r,2asel,s,,, 29.0 asel,a,,, 166.0 asel,a,,, 272.0 asel,a,,, 409.0 asel,a,,, 508.0 asel,a,,, 645.0 asel,a,,, 744.0 asel,a,,, 881.0 asel,a,,, 980.0 asel,a,,, 1117.0 asel,a,,, 1216.0 asel,a,,, 1353.0 asel,a,,, 1452.0 asel,a,,, 1589.0 asel,a,,, 1685.0 asel,a,,, 1815.0type,6real,2nsla,s,1esln,s,0esurf,all allsel,allasel,s,,, 15.0asel,a,,, 154.0 asel,a,,, 258.0 asel,a,,, 399.0 asel,a,,, 494.0 asel,a,,, 635.0 asel,a,,, 730.0 asel,a,,, 871.0 asel,a,,, 966.0 asel,a,,, 1107.0 asel,a,,, 1202.0 asel,a,,, 1343.0 asel,a,,, 1438.0 asel,a,,, 1579.0 asel,a,,, 1673.0 asel,a,,, 1805.0type,5real,2nsla,s,1esln,s,0esurf,allallsel,all创建接触3et,7,conta174 et,8,targe170 keyopt,7,9,0r,3asel,s,,, 95.0 asel,a,,, 215.0 asel,a,,, 341.0 asel,a,,, 453.0 asel,a,,, 577.0 asel,a,,, 689.0 asel,a,,, 813.0 asel,a,,, 925.0 asel,a,,, 1049.0 asel,a,,, 1161.0 asel,a,,, 1285.0 asel,a,,, 1397.0 asel,a,,, 1521.0 asel,a,,, 1633.0 asel,a,,, 1749.0 asel,a,,, 1859.0type,8real,3nsla,s,1esln,s,0esurf,all allsel,allasel,s,,, 90.0 asel,a,,, 211.0 asel,a,,, 336.0 asel,a,,, 450.0asel,a,,, 686.0 asel,a,,, 808.0 asel,a,,, 922.0 asel,a,,, 1044.0 asel,a,,, 1158.0 asel,a,,, 1280.0 asel,a,,, 1394.0 asel,a,,, 1516.0 asel,a,,, 1630.0 asel,a,,, 1745.0 asel,a,,, 1856.0type,7real,3nsla,s,1esln,s,0esurf,allallsel,all创建接触4et,9,conta174 et,10,targe170 keyopt,9,9,0r,4asel,a,,, 217.0 asel,a,,, 343.0 asel,a,,, 455.0 asel,a,,, 579.0 asel,a,,, 691.0 asel,a,,, 815.0 asel,a,,, 927.0 asel,a,,, 1051.0 asel,a,,, 1163.0 asel,a,,, 1287.0 asel,a,,, 1399.0 asel,a,,, 1523.0 asel,a,,, 1635.0 asel,a,,, 1751.0 asel,a,,, 1861.0type,10real,4nsla,s,1esln,s,0esurf,all allsel,allasel,s,,, 84.0 asel,a,,, 206.0 asel,a,,, 330.0 asel,a,,, 446.0 asel,a,,, 566.0 asel,a,,, 682.0asel,a,,, 802.0asel,a,,, 918.0asel,a,,, 1038.0asel,a,,, 1154.0asel,a,,, 1274.0asel,a,,, 1390.0asel,a,,, 1510.0asel,a,,, 1626.0asel,a,,, 1740.0asel,a,,, 1852.0type,9real,4nsla,s,1esln,s,0esurf,allallsel,allFINISH/prep7csys,0约束!csys,0!asel,s,loc,y,-(dis+T+j3+L) !nsla,s,1!csys,5!nrota,all!d,all,uy!d,all,uz!allsel,all!csys,0/SOL !进入求解处理器ALLSELLSCLEAR,ALL !清空所有载荷NROPT,FULL !激活完全NEWTON-RAPHSONPRED,ON !打开变形预测LNSRCH,ON !激活线性搜索ANTYPE,0 !静态分析AUTOTS,1 !自动时间步长NSUBST,25,100,1 !设置载荷步OUTRES,ALL,ALL !输出所有结果EQSLV,PCG,1E-8 !采用PCG算法，对于大模型接触算法很有效约束csys,0asel,s,loc,y,-(dis+T+j3+L)da,all,allallsel,all加载螺栓预紧力SLOAD,1,PL01,LOCK,FORC,FORC_BOLT_1,1,2 !在螺栓中施加螺栓预紧SLOAD,2,PL01,LOCK,FORC,FORC_BOLT_2,1,2 !在螺栓中施加螺栓预紧SLOAD,3,PL01,LOCK,FORC,FORC_BOLT_3,1,2 !在螺栓中施加螺栓预紧SLOAD,4,PL01,LOCK,FORC,FORC_BOLT_4,1,2 !在螺栓中施加螺栓预紧SLOAD,5,PL01,LOCK,FORC,FORC_BOLT_5,1,2 !在螺栓中施加螺栓预紧SLOAD,6,PL01,LOCK,FORC,FORC_BOLT_6,1,2 !在螺栓中施加螺栓预紧SLOAD,7,PL01,LOCK,FORC,FORC_BOLT_7,1,2 !在螺栓中施加螺栓预紧SLOAD,8,PL01,LOCK,FORC,FORC_BOLT_8,1,2 !在螺栓中施加螺栓预紧!第一载荷步中施加载荷大小为FORC_BOLT的预紧力，在第二个载荷步中锁住其位移，最终产生预紧效果TIME,10 !设置时间步长为10ALLSELLSWRITE,1 !写出第一个载荷步文件TIME,20 !设置时间步至20LSWRITE,2 !写出第二个载荷步文件!对容器壁施加内压csys,5asel,s,loc,x,F_B/2asel,a,,, 26.0asel,a,,, 94.0asel,a,,, 163.0asel,a,,, 214.0asel,a,,, 269.0asel,a,,, 340.0asel,a,,, 406.0asel,a,,, 452.0asel,a,,, 505.0asel,a,,, 576.0asel,a,,, 642.0asel,a,,, 688.0asel,a,,, 741.0asel,a,,, 812.0asel,a,,, 878.0asel,a,,, 924.0asel,a,,, 977.0asel,a,,, 1048.0asel,a,,, 1114.0asel,a,,, 1160.0asel,a,,, 1213.0asel,a,,, 1284.0asel,a,,, 1350.0asel,a,,, 1396.0asel,a,,, 1449.0asel,a,,, 1520.0asel,a,,, 1586.0asel,a,,, 1632.0asel,a,,, 1682.0asel,a,,, 1748.0asel,a,,, 1812.0asel,a,,, 1858.0csys,0sfa,all,,pres,preallsel,allpre_1=-pre*(F_B/2)**2/((F_J2/2)**2-(F_B/2)**2) asel,s,loc,y,(dis+T+j3+L)sfa,all,,pres,pre_1allsel,allALLSELTIME,30 !设置时间步至30 LSWRITE,3 !写出第三个载荷步文件LSSOLVE,1,3,1 !计算载荷步1-3。
深水立管法兰接头的有限元分析
ｋｎ ｈ ｔｅ ｇ ｈ，ｔｅｓｃ ｎ ｅ ｔａ ｉｎｏ ｈｓｋｎ ｆｃ ｕ ｌ ｇ ｉｇ ｔ ｅｓｒ ｎ ｔ ｓｒｓ ｏ ｃ ｎ ｒｔｏ ｆｔ ｉ ｉｄｏ ｏ ｐｉ ．Ｔｈ Ｄ ｉｉ ｌｍｅ ｔ ｄ ｌ ｓｅ ｔｂ ｉｈ ｄ ｉ ｎ ｅ３ ｆ ｔ ｅｅ ｎ ｎ ｅ ｍｏ ｅ ｓａ ｌ ｅ ｗａ ｓ ｎ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａ ｅ ｍｅ ｈ ｄ ｗａ ｒ ｐ ｓ ｄ ｔ ａｃ ｌｔ ｈ ｒ ｔ ｎ ｉ ｎ ｏ ｏ ｔ ｎ ｔｏ ｕ ｅ ｔ ｏ ｓｏ ｈ ｃ ｎ ｗ ｔ ｏ ｓ ｐ ｏ ｏ ｅ Ｏ ｃ ｌｕ ａ ｅ ｔ ｅｐ ｅ ｅ ｓｏ ｆ ｌｓａ ｄ ｉ ｒ ｄ ｃ ｓｍｅ ｈ ｄ ｆｃ ｅ — ｂ ｎ
ｂ Ａ ｎ ， ＵＮ － ｉ ｇ ＢＡＩＹｏ ｇ ＤＡＩＷ ｅ ｌ Ｇａ ｇ Ｓ Ｌｉ ｎ ， ｐ ｎ ， ｉ
（ ｅ ｗａｅ ｎ ｉｅｒｎ ｓａ ｃ ｎｅ ， ａｂｎ Ｅｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｕｎｖ ｒｉｙ Ｈａ ｂｎ １ ０ ０ ， ｈ ｎ ） Ｄｅ ｐ ｔｒＥ ｇｎ ｅｉｇＲｅｅ ｒｈ Ｃｅ ｔｒ Ｈ ｒ ｉ ｇｎ ｅｉ ｉｅ ｓｔ ， ｒ ｉ ５ ０ １ Ｃ ｉａ ｎ
马 刚 ， 丽萍 ， 勇 ， 孙 白 戴 伟
（ 尔滨工程 大学 船舶 工程 学院深海工程技 术研 究 中心 ， 尔滨 １Ｏ Ｏ ） 哈 哈 ５ Ｏ １
Байду номын сангаас
摘
要： 针对深水立管法兰式接头 ， 提出一种确定螺栓预紧力的方法 ， 并采 用有 限元 法对其进行 了强度 分
析 。考虑到接头的几何不对称性 ， 采用三维整体建模 ， 通过 ＡＮＳ ＹＳ软件 的预 紧单元模拟螺 栓的预紧行 为 ， 使 用接触单元模拟各部件之间的相互作用 。按照 ＡＰ 规范 对接头 的等效膜 应力 、 Ｉ 等效 弯 曲应力 与许用 应力进 行校核 。在接头整体分析的基础上 ， 建立螺纹 的二维轴对 称模型 ， 进行局部 应力分析 。计算 中使用参 数建模 法， 法兰接头 、 螺纹的几何 尺寸 、 材料性质和载荷等均可方便地更改 。
圆孔对法兰温度场和应力场影响的有限元分析
摘
要
借助 Ａ ｓｓ 限元 分析 软件 ，对法 兰加 热过程进行 了有限元模 拟 ，研 究了加 热过 程 中的热边界条件 ，分 ｎｙ 有
析 了温度场和应 变场的分布及其 变化 。对 比不开孔和 开孔 的法兰在 升温过程的温度分布情 况，结果表 明它们 的温度分 布场不 同。分析结果对于掌握法 兰结构的加热过程 温度 变化 、分析 残余 应力具有 实际指导意义。
关键词 有 限 元 模 拟 ；温 度 场 ；热 边 界 Ｔ ３ ５ １ Ｇ ３ ．７ 文献标识码 Ａ 文 章编 号 １０ ７ ２ （ ０２ ０ ０ １— ２ ０ ７— ８０ ２ １ ）４— ４ ０ 中图分类号
Ｆｉ ｔ ｅ ｅ ｔＡｎａ ｙ ｉ ｆｔ ｆ ｃ ｆ Ｃｉ ｃｅ ｎ Ｔｅ ｐ ｒ ｔ ｅ ｎｉｅ Ｅｌ ｍ ｎ ｌ ｓｓ ｏ ｈｅ Ｅｆｅ ｔｏ ｒ ｌ ｓｏ ｍ ｅ ａ ｕｒ Ｆｉｌ ｎ ｔ ｅ ｓ Ｆｉ ｌ ｆＦｌ ｎｇ ｓ ｅｄｓ ａ ｄ Ｓ ｒ ｓ ｅｄｓ ｏ ａ ｅ
法兰在 加 热过程 中 ， 温度场 是 重要 的物 理参 数 ， 很 多法 兰需 要在 中 间开 孑 ， 这 些 孑 将 直 接影 响 法 兰 的 Ｌ而 Ｌ
时间而变 ， 内部具有热源时的 Ｆｕ ｅ 导热微分方程 ， 并且 ｏｒ ｒ ｉ 可 以根据 Ｆ ｕｉ 定律 ， 能量守恒原则推导得到… ｏｒ ｒ ｅ 运用
内部 残余应 力 的大小 和 分布 。文 中采用 Ａ ｓｓ 析 软 ｎｙ 分
件 对 法兰 加热 过程 中温 度 场 进行 分 析 ， 了解 法 兰 加 以 热 过程 中温 度场 和应力 场 分布及 其变 化规 律 。
Ａ 磐＋ ） Ｏ ㈩ ＼ ＋ ｔ （ ｙ窘 ｌ 窘＋ ０ ｇ ０ ／
３ 叶拭 ２２ 第 ５ 第 期 ０ 年 ２卷 ４ １
非标准法兰的有限元分析及可靠性设计
收稿日期:2007-09-26作者简介:蔡永梅(1981-),女,宁夏石嘴山人,助教,硕士,主要从事化工过程机械方面的研究。
文章编号:1000-7466(2008)02-0032-04非标准法兰的有限元分析及可靠性设计蔡永梅1,张瑞革2,谢禹钧1(1.辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺 113001;2.深圳巨涛机械设备制造有限公司,广东深圳 518068)摘要:非标准法兰的最大工作压力是其安全、正常工作的重要技术参数,应用ANSYS 对某非标准法兰进行强度分析,得到了在工作载荷作用下法兰的内应力分布状况,对法兰各部分结构进行了强度校核。
利用M onte Carlo 数值计算方法对其随机变量进行抽样,得出了法兰工作时的安全可靠度以及所能承受压力的数学期望。
通过有限元及可靠性分析,掌握了法兰各部分结构的强度储备情况。
关键词:法兰;AN SYS;有限元;应力分析;可靠性中图分类号:TQ 050.3;T B 115 文献标志码:AFinite Element Analysis of Nonstandard FlangesC AI Yong -mei 1,ZHANG Ru-i ge 2,XIE Yu -jun 1(1.School of Mechanical Engineering,Liaoning University of Petroleum &Chemical Technology ,Fushun 113001,China; 2.Shenzhen Jutal M achinery Equipment Co.Ltd.,Shenzhen 518068,China)Abstract :Now standard of strength calculation has not com e on about so me special nonstandardflange,but the m ax imum wo rking pressure is an important parameter for safe w orking of flang e.ANSYS is applied to analysis the nonstandard flange strength,its stress distribution status is ob -tained and str ength of its structure is inspected.U sing M onte Car lo numerical calculating method to sam pling random variable,obtain flang e w or king reliability and m athem atical ex pectatio n ofbearing pressure.T hrough finite element and reliability analysis,the structure streng th reserve state is fully grasped.Key words :flange;ANSYS;finite elem ent;stress analysis;reliability随着工业技术的不断发展,为了满足各种工艺要求,非标准结构压力容器应用在很多场合,在许多机械设备的连接和封口处,大多采用法兰作为连接部件,非标准法兰也随着设备的要求出现。
中高压法兰蝶阀阀体结构强度的有限元分析
现代的阀门设计中，蝶阀除了按设计标准及规范进行设计外 ， 还 需对阀体进行有限元分析计算 。
应用 Ｓｌ Ｗｏｋ 软件 ， ｏｉ ｒｓ ｄ 可在产品设计的过程 中进行分析 ， 并
叮根据分析结果 ， 及时调整设计参数 ， 可节省材料成本及开发成
提 大大 加快 产 品上 市速 度 。 文 选用 Ｓｌ Ｗｏｋ 本 ｏｉ ｒｓ ｄ 介绍了依据通用阀门压力试验 国家标准 Ｇ ／１９ ７ ２ ０ ， 本 ， 高 产 品质量 ， ＢＴ ３２ — ０ ８ 软 件 ， 中压法 兰 蝶 阀 的阀体 进行 有 限元 的 分析 。 对 对常温下的中高压法兰蝶阀的阀体进行静压条件下的强度分析，
★来稿 日 ：０９ ０ — ８ 期 ２０ — ９ ２
第 ７期
周 玮： 中高压法 兰蝶 阀 阀体结构 强度 的有限元 分析
２９ １
３３加 载载 荷 ．
在蝶板开启 的静压力状态下 ， 此时阀体上产生的最大应力为
法兰蝶阀在液体静压力状态下， 阀体 内部作用力垂直作用在 ３ ＭＰ ， ０ ． ａ发生在 阀体上部与上法兰连接的部位 ， １ ４ 节点 ２ ２ 处 ， ２５ １
Ｏ ＭＯ ，解 决 了单独 环 境 下 Ｃ Ｅ在 前后 处 理方 面 的 Ａ 主要由阀体 、 、 蝶板 阀轴 、 驱动装置等组成 ， 当蝶阀工作压力在中、 平 台下 的 Ｃ Ｓ Ｓ 同时 还继 承 了 Ｓ ｌ Ｗｏｋ 易 学 易用 的特 点 。 ｏｄ ｒｓ ｉ 高压 范 围 时 （Ｎ ． ８ ＭＰ ）蝶 阀 的阀 体 内部 承 受 的 压力 较 高 。 问题 ， Ｐ ２ — ０ ａ， ５
的分析师 才能使用 ， 限制 了在企 业 中的应用 。 Ｓ ｌ Ｗｏ ｓ 因此 而 ｏｄ ｒ 软 受螺 栓 轴 向力 作 用 的 法 兰 内侧 平 面 。 当定 义 约 束 条 件 时 ，Ｏ ～ ｉ ｋ Ｃ Ｓ 件 拥有功 能强大 的机械 Ｃ Ｄ功 能 ， Ａ 并具有 功能 完善 的应用插件 ， 其 Ｍ Ｓ ｐｅｓ 自动添 加 到法 兰整 个 外端 面 ， 时应 根据 实 际 约束 Ｏ Ｘ ｒｓ会 此 中系统提 供的分析 产品 Ｃ Ｓ Ｓ包 括 了一 系列分 析 应用 软 件 ， Ｏ ＭＯ ， 如 情况 ， 对约束的部位进行重新编辑 ， 如图 １ 所示。
某法兰盘有限元分析报告
法兰盘有限元分析报告姓名：学号：学院：机械学院法兰盘有限元分析报告一，总述本报告依托于。
，针对一个法兰盘，运用Hypermesh9.0进行有限元分析前处理，并用软件自带的RADIOSS求解器进行求解分析确定法兰盘的设计尺寸。
二，研究背景某自卸车转向节设计：转向节的结构形式如下图所示：本报告针对的是上图标号为10转向节的法兰盘进行设计。
充分考虑到自卸车的工况，进行力学分析，得出此法兰盘的应力分布情况，进而确定此法兰盘的结构及尺寸（主要是法兰的厚度设计）。
具体做法是：首先通过UG建模，然后导入Hypermesh9.0进行画网格，并用RADIOSS 进行求解应力分布，获取完全满足材料的屈服极限及疲劳强度的结构。
最终结构及设计尺寸如下模型所示，分析证明这种结构完全满足了自卸车转向节的力学性能且材料经济性。
三，模型的建立1，UG建模法兰盘的厚度是本报告最主要的设计尺寸。
根据经验和同型号其他车型的设计尺寸，初取法兰盘厚度为30mm，在UG中建模如下图所示。
2，画网格将上述UG模型导入到Hypermesh9.0中进行有限元分析前处理，选用五面体和六面体实体网格，画网格后如下图所示定义材料属性：弹性模量E=2.1×105 Mpa，泊松比μ=0.3，设置对话框如下图所示4，施加载荷与约束根据法兰盘的受力情况：受到周向力矩，将其装化成沿周向的切向力，故在8个安装孔中心处施加8个大小相等的周向力153KN；在安装面φ400mm上被压紧，没有位移，故在φ400mm上添加约束。
加载后如下图所示：使用RADIOSS求解器求解法兰盘的应力与应变云图如下图所示：应变云图附，计算结果运行时间四，计算结果分析根据计算结果对比厚度为30mm，25mm，20mm三种情况的应力与应变分布情况，综合考虑力学性能和经济性，选择厚度尺寸为25mm。
根据上表可知，厚度为25mm时，最大变形量为0.05mm，最大应力为98.47MPa。
有限元分析报告
2010.08.31
报告内容
1.分析模型简介
2.材料物理性能
3.仿真结果
4.分析总结
浙江九天科技有限公司
分析模型介绍
下法兰底部螺栓固定，系统顶部施加10kN的水平力。 整个有限元模型以六面体单元为主，重点分析对象为下法兰，故用较多单元 对下法兰进行划分。
浙江九天科技有限公司
材料物理性能
弹性模量 GPa 环氧玻璃钢 15 72.4 密度 10-9t/mm3 抗拉强度 MPa 抗压强度 MPa 100 抗剪强度 MPa 32 抗弯强度 MPa 150
2.54
2.67
146
310
ZL114A
浙江九天科技有限公司
仿真结果之应力状况
法兰上最大等效应力为105.7MPa，小于材料的强度极限，安全。
浙江九天科技有限公司
仿真结果之应力状况
法兰上最大等效应力为105.7MPa，小于材料的强度极限，安全。
浙江九天科技有限公司
仿真结果之变形状况
法兰变形量最大为0.0916mm,位于颈部（高于加强筋的部位），变形量不大， 结构仍安全。
浙江九天科技有限公司
法兰结构中螺栓预紧力及垫片密封的有限元分析
图1人孔装置结构影响法兰密封的主要因素有螺栓预紧力、垫片密封性能、法兰密封面特征、法兰刚度和螺栓刚度、操作条件等。
预紧力是影响密封的一个重要因素，合适的预紧力可保证垫片在工作时保留一定的密封比压，预紧力过大则会把垫片压坏或挤出，从而破坏密封。
另外，当刚度不足时，法兰会产生过大翘曲变形而导致密封失效。
利用ANSYS 有限元分析软件对法兰结构进行三维有限元分析，找到合适的螺栓预紧力，既能满足密封，又不会使法兰结构产生过大的变形而导致密封失效或强度不足。
密封结构为某核电压力容器人孔装置，结构见图1。
该设备的技术参数为：设计压力为3.0MPa ，设计温度为300℃，工作介质为河水；水压试验压力为4.03MPa ，温度为20℃。
垫片采用石墨缠绕垫片，螺柱螺纹规格为M36×3，材料为0Cr17Ni12Mo2，人孔内径为448mm 。
2螺栓预紧力的计算一般情况下，在确定螺栓预紧力时应综合考虑法兰操作工况、外载荷、法兰刚度、允许泄露率、垫片性能及螺栓上紧方式等因素，按法兰当量计算压力计算螺栓预紧载荷。
单个螺栓最小和最大预紧力可参考如下方法进行计算：p e =16M πG 3+4p rπG 2+p （1）W a =πbGy （2）F =0.785G 2p e （3）F p =6.28Gbmp e（4）W p =F +F p（5）式中：p e 为等效压力，MPa ；M 为外部弯曲力矩，N ·mm ；G 为垫片负荷作用位置直径，mm ；p r 为径向载荷，N ；p 为内压，MPa ；W a 为垫片安装所需最小螺栓载荷，N ；b 为垫片有效密封宽度，mm ；y 为垫片比压力，MPa F 为内压引起的总轴向力，N ；法兰结构中螺栓预紧力及垫片密封的有限元分析赵登东哈电集团（秦皇岛）重型装备有限公司（河北秦皇岛066206）摘要利用ANSYS 有限元分析软件，对人孔法兰结构进行有限元分析模拟。
通过螺栓预紧力公式计算得到螺栓预紧力，将其施加到预紧单元PRETS179来模拟螺栓预紧力，施加到接触单元和垫片单元INTER195来模拟垫片的接触密封结构。
大口径法兰三维力学有限元分析
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａ ｈ ｅ ｄｍｅ ｓｏ ａ ｃ ａ ｉａ ｄ ｌｏ ｏｔ ｄ ｆ ｎ ｅ ｉｉｔｗａ ｕｌ．Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｃ ｎ ｉｅ ｉｇ ｏ ｈ ｔ ｒｅ— ｉ ｎ ｉ ｎ ｌｍｅ ｈ ｎｃ ｌｍｏ ｅ ｆｂ ｌ ａ ｇ ｏｎ ｓ ｂ ｉ ｅ ｌ ｔ ｓ ｄ ｏ ｈ ｏ ｓｄ ｒｎ ｆｔｅ
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ａ ｄ ｗｏ ｋ ｎ ｔ ｔ ．Ｔ ｅ ｉ ｖ ｓｉ ａ ｉ ｎ ｓ ｏ ｄ ｔ ａ ｈ ｕ ｓｄ ｔｅ ｓ ｏ ｏ ｔ ｉ ｄ ｒ ｃ ｒ ｐ ｒｉ ｎ ｔ ｈ ｒ ｌ ａ ｎ ｈ ｎ ｒ ｉ ｇ ｓ ａ ｅ ｈ ｎ ｅ ｔｇ ｔｏ ｈ ｗｅ ｈ ｔ ｔ ｅ ｏ ｔ ｉ ｅ ｓ ｒ ｓ ｆ ｂ ｌ ｓ ｉｅ ｔｐ ｏ ｏ ｔ ｏ ｔ ｅ ｐ ｅ ｏ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｏ ｉ ｎ ｒ ｐ ｅ ｓ ｒ ，ｔ ｅ ｎ ｉ ｅ ｓ ｒ ｓ ｆ ｂ ｌ ｓ ｄ ｒ ｃ ｒ ｐ ｒｉ ｎ ｔ ｔ ｅ ｐ ｅ ｏ ｄ ａ ｄ ｓ ｎ ｅ ｓ ｒ ｐ ｒ ｉ ｎ ｏ ｔ ｅ ｎ ｅ ｎ ｅ ｒ ｓ ｕ ｅ ｈ ｉ ｓ ｄ ｔｅ ｓ ｏ ｏｔ ｉｅ ｔ ｐ ｏ ｏ ｔ ｏ ｈ ｒ ｌ ａ ｎ ｉ ｉ ｏ ｉ ｖ ｒ ｅ ｐ ｏ ｏ ｔ ｔ ｈ ｉ ｎ ｒ ｏ
反向平衡法兰热点应力有限元分析
型 连接 形式 ， 近 年来 在 风 力 发 电塔及 电视 塔 等 领 域得 以广泛 应 用 。其 生 产加 工方 便 ， 具 有 较 高 的 强度 和 刚 度 … ， 与专 用 液 压 张 拉 器 相 配 合 ， 可 对
ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ．Ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ，ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｌｕ ｆ ｅ ｎｃ ｅ ｏ ｆ ｓ ｏ ｍｅ ｇ ｅ ｏ ｍｅ ｔ ｉｃ ｒ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｎ ＳＣＦ ｗａ ｓ ｄｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ ｒ ｅ ｖ ｅ ｒ ｓ ｅ ｂ ａ ｌ ａ ｎｃ ｅ ｄ ｌａ ｆ ｎ ｇ ｅ，ｈ ｏ ｔ ｓ ｐ ｏ ｔ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ，ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ，ｆ ｉｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ
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法兰联接强度和密封性能的有限元分析
第 ４ ２卷 第 １ ０期 ２ ０ １ ３年 １ ０月
当
代
陀
工
Ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｍｐ ｏ ｒ ａ ｒ ｙ Ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ
Ｖ ０ ］ ． ４ ２．Ｎ Ｏ ． ｉ ０ Ｏ ｃ ｔ ｏ ｂ ｅ ｒ ．２ ０Ｉ ３
摘
要 ：针对由法 兰 、垫片和螺栓组 成的密封联接系统， 应用有限元 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ软件， 分别建立预紧 、操作 况
下 Ｄ Ｎ ２ ０ ０及 Ｄ Ｎ ４ ５ ０两组 管道 法兰数值计算模型 ，并得到了其模 拟的应力分布 。依据 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ计算结果 ，按照 Ｊ Ｂ ４ ７ ３ ２ 分析设计标准对法兰及螺栓应 力进行分类 、 强度评定 ；以垫片应力和法兰转角两个 方而进行密封性能评 定 。最后通过对 比分析得 影响法 兰密封性能 的重要因素。 关 键 词 ：螺栓法兰 ；密封性 能；有 限元 ；强度分析
法 兰联 接 强 度 和 密 封性 能 的有 限元分 析
带接管组合法兰的强度和密封有限元分析
荆
下法兰为焊接在一起的整体结构 ；Ｎ ０ Ｄ ２０上法兰 与伸入法兰内部的细长管道焊接， 且通过螺栓与 Ｄ ２０下法兰配对连接 ， Ｎ０ 方便拆装 ；Ｎ ５下法兰 Ｄ６ 与细 长管 道焊接 ， 之配对 的 Ｄ ６ 与 Ｎ ５上法兰连接另
兰、 螺栓 、 螺母和垫片等不规则形状 的特点， 全部 采用带有 中节点 的 ２ ０节点三维等参元 Ｓｌ ５ ｏｄ９ ｉ
７５Ｍ ａ许用 应力 ５０Ｍ ａ 。 ３ Ｐ ， ３ Ｐ Ｊ
垫片密封一般 由连接件 、 垫片和紧固件等组
成， 因此考察某个接头的密封性能时 ， 必须将连接 结构作为一个整体 系统综合考 虑 。由于理论 Ｊ
解析 法要 对结 构 进行 简 化 ， 略 了许 多非 线 性 影 忽
响因素 ， 如螺栓预紧作用 、 被连接件密封面之间的 接触非线性行为以及垫片非线性本构 ， 故理论解 析法计算结果 的误差较大。因此 ， 必须借助 于非 线性 有 限元模 拟 分析 螺 栓 、 兰 和 垫 片 的相 互 作 法 用、 垫片应力分布和密封性能 ； 考虑垫片基于试验
３ ， ７ ， ２ ． 和 ０ ７ ． ０ ９ ， ２ ０， ０ ０ ０ ５ １０ ５， １０ ０ ３
２ １ 单元 选择 与建模 ．
利用有限元软件 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 进行模拟。针对法
・
２ ・ ３
带接管组合法兰 的强度和密封有限元分析
Ｖ １ ． ｏ ０ ２ ｏ ９ Ｎ ２２ １ ２
关键词 ： 法 兰 ； 力强度 ； 组合 应 密封 ； 非线 性有 限元
基于ANSYS Workbench的法兰螺栓有限元分析
基于ANSYS Workbench的法兰螺栓有限元分析
马宇恒;褚浩然;郑博文;徐卫;张禹;佟晓磊
【期刊名称】《锻压装备与制造技术》
【年(卷),期】2024(59)2
【摘要】法兰螺栓连接结构是设备中必不可少的部件之一,对整个设备的正常运行起着十分重要的作用。
现以某燃烧炉的法兰螺栓连接结构进行有限元分析,通过三维绘图软件进行模型的建立,导入有限元分析软件ANSYS Workbench中,并对法兰螺栓赋予相应的材料属性以及载荷约束。
通过求解得到Von-Mises应力图。
同时针对法兰中的垫片也进行了分析,对法兰整体的密封性能进行了研究。
该结果对在ANSYS Workbench中模拟法兰和螺栓连接方面的问题提供了参考。
【总页数】5页(P89-93)
【作者】马宇恒;褚浩然;郑博文;徐卫;张禹;佟晓磊
【作者单位】中国辐射防护研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TH131
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法兰弯矩计算公式
法兰弯矩计算公式一、法兰弯矩的定义法兰弯矩是指在法兰上受到外力作用时，在法兰上产生的弯曲应力。
一般来说，法兰在受到外力作用时会发生弯曲变形，导致法兰上产生弯矩。
法兰弯矩是由外部载荷、法兰的几何形状和材料弹性模量共同决定的。
二、法兰弯矩的计算方法在计算法兰弯矩时，需要考虑到外部载荷的大小和作用方式、法兰的几何形状、法兰本身的材料弹性模量等因素。
通常情况下，可以采用以下几种方法来计算法兰弯矩：1. 弯曲理论法计算弯曲理论法是一种常用的计算方法，它通过弯曲理论来推导法兰在受到外力作用时产生的弯矩。
在这种方法中，可以通过弯曲方程来计算法兰的弯曲应力和弯矩。
2. 有限元分析法计算有限元分析法是一种数值计算方法，通过对法兰进行有限元建模，可以利用计算机软件对法兰的受力情况进行模拟和计算。
有限元分析法能够更加准确地计算法兰的弯矩，适用于复杂的结构和载荷情况。
3. 基本公式法计算在一些简单的情况下，可以直接利用基本的公式来计算法兰的弯矩。
例如，对于一根梁在两端集中力作用的情况，可以直接利用梁的弯曲公式来计算法兰的弯矩。
三、法兰弯矩的影响因素法兰弯矩的大小和分布受到多种因素的影响，在设计和选择法兰时需要考虑以下几个主要因素：1. 外部载荷外部载荷是影响法兰弯矩的主要因素之一，不同的外部载荷大小和作用方式会导致不同的弯曲应力和弯矩。
在计算法兰弯矩时，需要考虑外部载荷的大小和作用方式。
2. 法兰几何形状法兰的几何形状对其强度和刚度有很大影响，不同形状的法兰在受力时会产生不同的弯矩分布。
在设计和选择法兰时，需要考虑法兰的几何形状对弯矩的影响。
3. 法兰材料性能法兰的材料弹性模量和屈服强度等性能也会影响法兰的弯矩。
一般来说，弹性模量越大、屈服强度越高的材料，法兰的弯矩也会越大。
在选择材料时，需要考虑材料的性能对法兰弯矩的影响。
四、法兰弯矩的应用法兰弯矩的计算在工程设计和制造中具有重要的应用价值，主要包括以下几个方面：1. 法兰设计在设计法兰时，需要考虑外部载荷、几何形状和材料弹性模量等因素对法兰弯矩的影响，以保证法兰在工作过程中不会发生弯曲破坏。
硫化罐封头法兰刚度的有限元分析
硫化罐封头法兰刚度的有限元分析赵常铭;金志浩;汤方丽;代立鹏【摘要】根据 ASME 标准，法兰刚度变化可由法兰转角反映。
对某硫化罐进行分析，利用 ANSYS 有限元软件进行有限元计算，对封头法兰端面定义路径并由路径上点位移换算成路径转角。
通过改变尺寸参数，最终得到封头法兰端面不同位置刚度变化规律并指出硫化罐端盖部分易发生泄漏位置。
%According to the ASME standard, the change of stiffness of flange can be reflected by the flange deflection angle. In this paper, the finite element computation of a vulcanizing boiler was carried out by using the finite element software ANSYS, the path on the end of head flange was defined, and point displacement on the path was converted into a path deflection angle. By changing the size parameter, change rule of rigidity of the end of head flange in different position was obtained, and the easy leakage location was pointed out.【期刊名称】《当代化工》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】3页(P1309-1311)【关键词】硫化罐;齿啮式快开结构;法兰刚度;有限元【作者】赵常铭;金志浩;汤方丽;代立鹏【作者单位】沈阳化工大学，辽宁沈阳 110142;沈阳化工大学，辽宁沈阳110142;沈阳化工大学，辽宁沈阳 110142;沈阳化工大学，辽宁沈阳 110142【正文语种】中文【中图分类】TQ050.2硫化罐广泛应用于橡胶制品的硫化，是橡胶工业的重要生产设备，由于大多橡胶制品的硫化过程均为间歇式操作，故硫化罐端盖一般采用齿啮式快开结构。
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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t
1100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MPa
423，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MPa
456，位于Φ199
5.
通孔边的R100圆弧上（如图下左Max标示处）；最大剪应力为MPa
184，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MPa
452，同样位于
9.
4.
337，最大主应力的最大值为MPa
Φ50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。
经过适当简化，建立如图6所示计算模型。
图6 卡抓计算模型简图
在模拟产品法兰上表面施加X向位移约束fix-x，在模拟加压端法兰上表面施加压力F。
2.2 卡抓分析结果
卡抓的应力分布如图7所示。
其等效应力最大值为MPa 3.939，接触应力最大值为MPa 1010。
图7 卡抓应力分布图
3. 结论
1.产品法兰所用材料的屈服极限Mpa s 665=σ。
在一般静载条件下若取1.5倍安全系数，则许用应力[]MPa s 4435.1/==σσ，产品法兰等效应力的最大值为MPa 6.423，刚好小于其许用应力。
为了延长其使用寿命，建议对产品法兰盘进行加厚处理。
而其等效应力最大值位置位于Φ199通孔最薄弱处，建议将Φ199孔向法兰中心移动少许。
2.加压端法兰所用材料为35CrMo ，该截面尺寸下的屈服极限Mpa s 610=σ。
在一般静载条件下若取1.5倍安全系数，则许用应力[]MPa s 7.4065.1/==σσ，加压端法兰等效应力最大值为MPa 9.337 ，小于其许用应力。
虽然满足强度要求其安全系数为1.8倍。
3.卡箍所用材料40CrNiMo 的屈服极限Mpa s 640=σ。
在一般静载条件下若取2倍安全系数，则许用应力[]MPa s 3202/==σσ。
在卡箍与6个螺帽全接触良好的情况下，卡箍等效应力最大值为MPa
4.278 ，小于其许用应力，满足强度要求,其安全系数为2.2倍。
4.卡抓等效应力最大值为MPa 3.939，这主要是由于直边接触引起的局部应力集中，在实际使用过程中，会由于直边钝化使应力得到一定释放，这种情况下，主要考虑其平均应力，卡抓齿根R1圆弧上的平均等效应力为MPa 4.546。
建议适
当加大齿根圆角并对其直边进行倒圆处理。