外弯矩和蠕变对螺栓法兰连接紧密性的影响.pdf

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1、机械设计与制造第5期188MachineryDesign&Manufacture2011年5月文章编号：1001—3997(2011)05—0188—02外弯矩和蠕变对螺栓法兰连接紧密性的影响；l：{creepofstructuralmembers(flange，boltandgasket)，03-DnumericalsimulationWasestablishedforbolted}{flangconnectionssubjectedtoexternalbendingmomentsbyABAQUS．Theeffectofexternal

2、bending脚一；jmentandcreeponthetightnessofbohedflangeconnectionswerestudiedinthepaperaswel1．Whichre一{{sultsindicatethatthegasketstressisunevenduetotheeffectofexternalbendingmoment，andthecreep}{intensifiesunevenstressreducegasketstress．Thereduceofgasketstresso凡tensionsidelead

3、sleakage}ofthc0n帆l给工业生产带来安全隐患墨慧~8．517-0实．41110"-0．方332黧。因此，研究外弯矩及法兰蠕变对连接盯Ⅺ，烁任=斗。U-1Ⅺ。到儿rr★来稿日期：2010-07—15-k基金项目：国家自然科学基金资助项目(10872088)，教育部博士点基金资助项目(20070291004)，南京工业大学博士学位创新基金(BSCX200713)第5期冯军军等：外弯矩和蠕变对螺栓法兰连接紧密性的影响189亳的皇、的羹剥0．00．20．40．60．81．01．21．41．6DJmm周向角度a／degree图1垫片的

4、压缩回弹曲线图5垫片周向应力分布受拉侧：1：预紧状态4：持续蠕变20h2：加内压加热状态5：持续蠕变100h3：加外弯矩状态6：持续蠕变10000h45受压侧：4。7：加外弯矩状态9：持续蠕变100h8：持续蠕变20hl0：持续蠕变10000h剥1501。40369l215l82124图2法兰连接有限元模型垫片宽度(由内向9b)hnm模型下接管端面在、y和z方向固定，上接管端面自由，模图6垫片受拉侧与受压侧径向应力分布型中所取接管长度大于2．5、／雨一(R、分别为接管内径及厚度)，所4螺栓法兰连接系统的紧密性分析以可以忽略边界的影响。由于

5、模型为面对称结构，故在对称截面4．1紧密性评价方法，上施加对称约束。螺栓法兰连接结构的紧密性是通过连接结构的泄漏率来进3-2有限元计算结果分析行评定的。紧密性的定义为：在某一特定的操作条件下，采用指定垫片应力有限元计算结果，如图3-6所示。如图3所示，为的、具有相应测试分辨率的检漏方法测得的泄漏率低于某一规定垫片在预紧条件下的应力分布云图；如图4所示，为连接结构在的指标泄漏率。满足上述条件的连接系统是紧密的，反之则是不工作条件(p=2．5MPa，T=500~C，M=15250N／m)下蠕变10000h时紧密的目。由文献呵知，由试验得到泄漏

6、率与垫片应力、温度、内的垫片应力分布云图；如图5所示，为不同条件下垫片外缘周向压之间的关系可用下式表示：L=A，p(1)应力分布曲线；如图6所示，为不同条件下受拉侧和受压侧垫片式中：A，耽，一回归系数，可根据试验数据拟合得出；—操作径向应力分布曲线。温度，cc；p—操作压力，MPa；S—垫片应力，MPa。由公式(1)计算的泄漏率与试验介质和试验条件有关。实际螺栓法兰连接的泄漏率随介质粘度和垫片宽度的增大而减小，随垫片直径的增大而增大。在计算实际螺栓法兰连接泄漏率图3预紧时垫片应力的分布云图图4蠕变10000h时垫片的时，需要对公式(1)作

7、适当修正。在层流状态时，可按式(2)进行应力分布云图计算：L=睾⋯A(2)由图可知，当连接结构处于预紧状态时，垫片应力大小沿法2121兰周向均匀分布，沿径向由内径向外径逐渐增大。在承受工作压式中：bl,b厂试验垫片和实际垫片的有效密封宽度，mm；r／。，田厂力和温度载荷后，垫片应力增加。当施加外弯矩后，连接结构承受试验介质和操作介质的动力粘度，Pa／S；Di，D厂试验垫片和的外弯矩导致垫片应力不均匀分布，与预紧状态相比，受压侧垫实际垫片的外径，mm。片被进一步压紧，应力增大；受拉侧垫片与法兰产生相对分离趋4_2紧密性的计算势，应力减小。在

8、考虑法兰连接结构部件蠕变后，垫片周向应力随由于外弯矩和蠕变松弛对连接结构密封垫片的接触状态及着蠕变时间的增加而明显减小，同一时刻，受拉侧与受压侧垫片应力分布有较大的影响，应重点考虑垫片受拉侧的