基于螺栓法兰连接系统的垫片应力分析.pdf

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1、机械设计与制造第5期88MachineryDesign&Manufacture2013年5月基于螺栓法兰连接系统的垫片应力分析杜坤，刘美红(昆明理．[大学机电T程学院，云南昆明650500)摘要：所建立的参数化三维有限元模型，充分考虑了法兰螺栓联接系统的应力集中、垫片材料非线性特性以及各元件的接触非线性，研究了螺栓法兰连接系统各元件之间的相互作用，分析了预紧力、密封介质内压力等因素对垫片应力的影响。结果表明垫片应力在径向随着节点半径的增大而增大，随着预紧力的增大而增大，随着内压力的增大而减小，在周向螺栓附近的应力明显大于其它处应力。当垫片最

2、外侧应力低于了密封所要求的最低应力时，螺栓法兰连接系统发生泄露。关键词：螺栓法兰系统；垫片；应力；参数化中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：lOOt一3997(2013)05—0088—03GasketStressAnalysisBasedonBoltFlangeConnectionSystemDUKun，LIUMei-hong(FacultyofMechanicalandElectricalEngineering，KunmingUniversityofScienceandTechnology，YunnanKunming650500

3、，China)Abstract：Basedonthestressconcentration．thenon-linearcharacteristicsofthegasketmaterialwell哪thecomponentsnon-linearcontactoftheflangeboltconnectionsystem，endtheparameterizedthreedimensionalfiniteelementmodelWCI．~established．Thecomponentsinteractionoftheflangeboltconn

4、ectionsystemWasstudied，andtheaffectofpreloadandsealingmediumpressureandotherfactorsonthegasketstressWasanalyzed．Theresultsshowthatgasketstressincreasealongwiththeincreaseofthenoderadiusandthepreload，butdecreasesalongwiththeincreaseofsealingmediumpressure，stressnearbyboltsi

5、gnifcantlygreaterthanothersWhenthegasketoutermoststressislowerthantheminimumstressofthesealingrequirements，theleakOccurs．KeyWords：BoltFlangeSystem；Gasket；Stress；Parameterized蠕变，应力钢化，大变形和大应变能力，非常适合用来模拟本例中1引言这种复杂的模型。螺栓预紧单元prest179被用来在已经划分好网法兰螺栓连接系统作为一种可拆卸连接机构被广泛应用于石格的螺栓上建立一个

6、预紧截面，它具有一个位移自由度口I。接触单油化工、原子能、轻工业等领域，其密封l生能分析难点在于ll：(1)必元Contact174和Targetl70目标面单元在创建接触对时由系统须考虑各原件的相互作用，把接头当成一个系统来分析；(2)接头自动生成。垫片所采用的Inter194单元通过上下表面的公共节点强度和紧密性不能割裂开来进行分析；(3)接头中存在垫片材料与法兰的表面相连，该单元只考虑垫片厚度方向的变形和应力，非线性及接触的非线性行为。垫片是密封系统的重要元件，它的忽略垫片的剪应力和垫片和法兰之间的摩擦力。此单元能很好的密封性在很大程

7、度上决定了整个系统的紧密性口。利用APLD语模拟出垫片的应力应变时滞现象和垫片材料的非线性。言建立参数化的三维有限元模型研究各元件之间的相互作用．充22各元件材料特性分考虑了垫片非线性特性以及接触非线性，分析了预紧力内压螺栓法兰连接系统各元件材料可以分为线弹性和非线弹性力等因素对垫片受力的影响，争取通过研究为法兰螺栓连接系统两种{。在这里假设上下法兰和螺栓及螺母材料均为线弹性材料，的设计提供一些更可靠的参考。其相关参数，如表1所示。2三维有限元模型的建立表1各线弹性元件的材料性质Tab．1MaterialPropertiesofLinear

8、ElasticParts2．1所用单元介绍上下法兰及螺栓螺母采用的solid186是一个高阶3维20节点同体结构单元，其所具有的二次位移模式可以更好的模拟不规则的网。它通过20个