法兰有限元分析1

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。