活节螺栓法兰垫片连接系统有限元分析与结构改进.pdf

机械设计与制造
第1期
Machinery Design Manufacture
2011年1月
文章编号:1001-3997(2011)01-0032-03
活节螺栓法兰垫片迕接系统有限元分析与结构改进
王定标美逄章雷风林黄刘刚
(郑州大学化工与能源学院,郑州450001)
Finite element analysis and structural improvement of eyelet bolt flange
gasket connection system
WANG Ding-bia0, JIANG Feng-zhang, LET Feng-lin, HUANG Lu-gang
School of Chemical and Energy Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China
摘要】应用 ABAQUS软件,在考虑预紧力和内压作用的工沉下,对某厂所设计的压力容器非
标活节螺栓法兰墊片连接系统进行三维有限元应力分析。根据应力分析结果进行线性化处理,接照
JB4732-1995《钢制压力容器一分析设计标准》对其进行应力强度评定。结果表明,由于结构的复杂性,
原设计结构的耳板、上法兰和简体的应力强度不满足要求,需加厚上法兰并在筒体上安装加强板以减
小其应力强度值。对具有不同厚度上法兰和不同长度加强板的该结构进行应力分析,得到既满足强度
要求和密封要求,又节省材料的设计参数,同时总结了上法兰厚度和加强板长度对连接系统上法兰和
简体应力的影响规律。这对类似结构的设计具有一定的指导意义。
关键词:法兰;活节螺栓;有限元分析;应力线性化
Abstract A three dimensional finite element stress analysis was carried on to non-standard eyelet
bolt flange gasket connection system of pressure vessel designed by some factory using ABAQUS software
considering the role of pre-tightening force and internal pressure in it. The assessment of the stress intensi-
ty has been done according to the results of stress linearization analysis and Jb4732-1995steel Pressure
Yessels-analysis and design standards. The results shoes that the stress intensity of ear plate, upper
el in the original design structure does not meet the requirements, and the upper lange
need to be thickened and reinforcing plate need to be installed on the vessel to reduce the value of the
stress intensity. The design parameters hawe been obtained through the stress analysis of same structure
with diferent upper flange thickness and reinforcing plate Length, hich sati/y both the intensity and sea
request and material sawing Moreover, it summarizes the influence of the upper flange and vessel stress
with the variation of the upper flange thickness and reinforcing plate Length. The results have some guiding i
meaning for the design of similar structure
Key words: Flange; Eyelet bolt; Finite element analysis; Stress kineariz ation
中图分类号:YH16文献标识码:A
1引言
垫片、活节螺栓、筒体、耳板、销栓等部件。本文将所有部件作为
螺栓、法兰垫片连接系统作为一种方便的可拆卸连接结构,个整体,选用国际大型通用有限元软件 ABAQUS,在考虑预紧力
被广泛应用于现代化エ、电力能源轻工、航空航天等领域,其结构和内压作用的工泥下,对其进行三维有限元应力分析。对应力分
合理性、工作可靠性、使用效率维修便利性及成本等因素都是非常析结果进行线性化处理,按照、JB4732-199第制压力容器一分析
重要的。螺栓、法兰、垫片连接系统的失效将直接影响到经济效益、设计标准》对其进行应力强度评定。结果表明,由于结构的复杂
环境能源等方面,可能引发的灾难性事枚会危害到人类的健康和性,上法兰和筒体的应力强度不满足要求,需加厚上法兰并在筒
生命安全。因此,国内外的规范中都制订了法当连接的标准设计体上安装加强板以减小其应力强度值。
方法。而在工程实际应用中,由于生产应用的转特殊性,会需要設计2工艺参数与结构尺寸
定量的非标准螺栓、法兰、垫片连接系统,此时,标准已无法保障此
根据某厂生产应用的特殊要求,其设计了非标法兰与活节
连接系统的可靠性。随着有限元技术和计算机软硬件的发展,使复螺桧等组成的连接系统。在该系统中,上下法兰均为非标法兰螺
杂结构的应力计算成为可能,其分析结果真实可靠,目前已成为工栓连接结构采用的是活节螺栓、螺母、销栓与耳板组成的连接结
程分析的重要手段之一,得到各界的一致认可
构。若干对耳板焊接在筒体上,一对耳板之间穿有销钉,活节螺旋
由于工程应用的需要,某厂设计了非标活节螺栓、法兰、垫通过销钉孔安装,使用中,筒体与封头采用上下法兰之间布置的
片连接系统结构,该连接系统包括球形封头、土下非标法兰、缠绕活节螺栓连接,法兰之间设有垫片保证密封。该结构具有装拆方
大来稿日期:2010-03-06