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螺栓法兰连接的金属透镜垫的自紧能力分析

华中科技大学学报（自然科学版） 2015年第3期43卷 123-127页

作者：弓海霞徐折贵石长伟王肃哈尔滨工程大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001

分析了螺栓法兰连接的金属透镜垫在预紧状态和工作状态下的变形情况,以及透镜垫与螺栓法兰的变形协调关系,将金属透镜垫与螺栓法兰刚度引入透镜垫法兰连接的力学计算中,推导出了金属透镜垫自紧系数计算公式,结果表明金属透镜垫自紧系数... 详细信息

分析了螺栓法兰连接的金属透镜垫在预紧状态和工作状态下的变形情况,以及透镜垫与螺栓法兰的变形协调关系,将金属透镜垫与螺栓法兰刚度引入透镜垫法兰连接的力学计算中,推导出了金属透镜垫自紧系数计算公式,结果表明金属透镜垫自紧系数与金属透镜垫及螺栓法兰刚度有关.采用Hertz接触理论推导出了关于透镜垫密封接触环中心最大接触压力的螺栓法兰预紧载荷与工作载荷计算公式.通过接触力学实验验证了公式的正确性,为水下密封工程中较大直径透镜垫的设计提供参考依据.

关键词：金属透镜垫密封自紧能力螺栓法兰接触力学载荷计算

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螺栓法兰连接非线性刚度分析及参数影响研究

强度与环境 2022年第5期49卷 94-100页

作者：于煜斌落䶮寿林三春刘征李京杰北京宇航系统工程研究所北京100076 大连理工大学大连116024

级间段对接面的连接刚度是航天器飞行安全性的重要因素,具有构造形式简单、装配可操作性优异等特点的螺栓法兰连接结构在航天器中得到广泛应用。针对外载荷作用下连接结构产生几何突变和结构连续性缺失,构件连接部位因此可能产生局部形... 详细信息

级间段对接面的连接刚度是航天器飞行安全性的重要因素,具有构造形式简单、装配可操作性优异等特点的螺栓法兰连接结构在航天器中得到广泛应用。针对外载荷作用下连接结构产生几何突变和结构连续性缺失,构件连接部位因此可能产生局部形变、应力与形变分布不均等问题,以及螺栓预紧力松弛与连接部位的疲劳和蠕变对连接可靠性的影响;提出利用无量纲刚度比和中空圆锥等效模型方法对螺栓非线性刚度进行分析,研究建立了螺栓法兰连接结构模型,利用有限元仿真计算软件,解决了预紧力、法兰厚度等因素与连接刚度的映射关系,同时也进一步研究外载荷作用下螺栓法兰的非线性刚度变化,为后续级间段对接分离设计提供参考。

关键词：螺栓法兰连接刚度仿真分析非线性

螺母垫圈对螺栓法兰接头应力分布影响的有限元分析

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辽宁石油化工大学学报 2022年第3期42卷 62-67页

作者：杨松宇多依丽孙铁王承彬辽宁石油化工大学机械工程学院辽宁抚顺113001 辽宁石油化工大学环境与安全工程学院辽宁抚顺113001

建立螺栓法兰垫片整体的有限元模型,进行了DN500螺栓法兰连接系统的紧固实验,验证了有限元模型的合理性。通过控制螺母垫圈宽度及管道介质压力,对比分析了螺母垫圈对垫片及螺栓上应力分布的影响。结果表明,加合理尺寸的螺母垫圈不仅可... 详细信息

建立螺栓法兰垫片整体的有限元模型,进行了DN500螺栓法兰连接系统的紧固实验,验证了有限元模型的合理性。通过控制螺母垫圈宽度及管道介质压力,对比分析了螺母垫圈对垫片及螺栓上应力分布的影响。结果表明,加合理尺寸的螺母垫圈不仅可以增加螺母与法兰面的接触面积,提高垫片上的压应力,而且在螺栓预紧载荷及介质压力高的情况下,可以防止螺栓的弯曲变形及垫片的圧溃失效,提高螺栓的使用寿命,改善螺栓法兰连接系统整体的密封性能。

关键词：螺栓法兰有限元分析螺母垫圈应力分布

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螺栓法兰接头用碟形弹簧压缩回弹性能研究

润滑与密封 2019年第10期44卷 71-76页

作者：赵玉陆晓峰朱晓磊南京工业大学机械与动力工程学院

为研究螺栓法兰接头用碟形弹簧压缩回弹性能,建立碟形弹簧力学性能分析的弹塑性有限元模型,并通过试验验证其可靠性。应用ABAQUS软件对碟形弹簧压缩回弹过程进行分析,讨论碟簧外内径比、倾角和厚度对碟簧压缩回弹性能的影响。结果表明:... 详细信息

为研究螺栓法兰接头用碟形弹簧压缩回弹性能,建立碟形弹簧力学性能分析的弹塑性有限元模型,并通过试验验证其可靠性。应用ABAQUS软件对碟形弹簧压缩回弹过程进行分析,讨论碟簧外内径比、倾角和厚度对碟簧压缩回弹性能的影响。结果表明:碟簧的压平载荷随厚度、倾角的增加呈上升趋势,随外内径比的增加呈下降趋势;回弹率随厚度、倾角、外内径比的增加均呈下降趋势。基于正交试验分析方法,结合量纲分析,建立螺栓法兰接头用碟形弹簧压平载荷和回弹曲线的预测模型,并验证其可靠性。

关键词：碟形弹簧压缩回弹螺栓法兰

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螺栓法兰接头瞬态温度三维有限元分析

润滑与密封 2007年第6期32卷 64-67页

作者：周先军仇性启张兵陈国明中国石油大学机电工程学院山东东营257061

建立了螺栓法兰联接的三维力学及传热学模型,在考虑垫片非线性和接触问题的基础上,研究了法兰的瞬态温度场分布以及温度场的变化对垫片和螺栓载荷的影响。研究表明由于瞬态温度场的影响,螺栓载荷变化滞后于垫片载荷的变化并且滞后程度... 详细信息

建立了螺栓法兰联接的三维力学及传热学模型,在考虑垫片非线性和接触问题的基础上,研究了法兰的瞬态温度场分布以及温度场的变化对垫片和螺栓载荷的影响。研究表明由于瞬态温度场的影响,螺栓载荷变化滞后于垫片载荷的变化并且滞后程度随着内壁温度的升高而增加;垫片外侧载荷呈先升后降的规律。

关键词：瞬态温度垫片非线性螺栓法兰有限元分析

螺栓法兰联接结构静动态特性分析及参数影响规律研究

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螺栓法兰联接结构静动态特性分析及参数影响规律研究

作者：栗江东北大学

学位级别：硕士

航空发动机作为一种复杂机械装备,由多种零部件装配而成,螺栓联接是其中一种重要的联接方式。螺栓联接结构的大量使用,其性能势必对航空发动机的性能产生影响。随着航空发动机向着高转速、高推重比和大功率方向发展,螺栓联接结构对于航... 详细信息

航空发动机作为一种复杂机械装备,由多种零部件装配而成,螺栓联接是其中一种重要的联接方式。螺栓联接结构的大量使用,其性能势必对航空发动机的性能产生影响。随着航空发动机向着高转速、高推重比和大功率方向发展,螺栓联接结构对于航空发动机性能的影响愈加受到人们的重视。螺栓联接结构的力学性能与稳定性,对航空发动机的结构性能、稳定性和可靠性有着重要影响。本文对螺栓法兰联接结构静动态特性展开相关研究,围绕螺栓法兰联接结构的刚度特性、振动特性、装配性能和密封特性开展了相关的工作,并提出了一种螺栓数目的确定方法,论文的主要研究内容包括:（1）从航空发动机实际工程背景出发,对螺栓联接结构刚度特性展开分析。首先建立了螺栓联接结构弯曲刚度模型,为弯曲刚度的分析奠定理论基础,然后以T700航空发动机动力涡轮结构为研究对象,考虑转子不对中引起的外载荷,研究了预紧力,螺栓直径,螺栓个数和螺栓分布圆半径对涡轮结构弯曲刚度的影响,为航空发动机螺栓联接结构设计提供参考。（2）为了分析螺栓法兰联接结构的振动特性,以盘筒螺栓联接结构为研究对象,通过理论分析,有限元仿真和实验的方法对其固有特性展开研究,得到了螺栓个数和预紧力对其固有频率的影响规律,并利用实验数据对比分析了不同弹簧动力学模型建模方法的精度,为螺栓联接结构动力学建模方法的完善提供参考依据。（3）针对螺栓在装配过程中预紧力发生变化的问题,对螺栓法兰联接结构装配性能展开相关研究。基于弹性相互作用推导了不同装配顺序下螺栓预紧力变化的公式,揭示了螺栓预紧力的变化规律,在此基础上分析了不同装配方案对结构预紧力变化的影响,并通过实验证明了弹性相互作用的影响。（4）以现有螺栓数目确定方法为基础,提出了一种考虑综合性能的螺栓法兰联接结构螺栓数目的确定方法。该方法考虑了机械设计手册中法兰结构螺栓间距的参考值,满足了基本的强度和紧密性要求,通过理论计算和有限元仿真的方法,从密封特性,刚度性能和装配性能三个方面确定相应螺栓数目的范围,根据不同工况要求给出对应的螺栓数目范围,为螺栓数目的确定提供新思路。

关键词：航空发动机螺栓法兰静态特性动态特性螺栓数目

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螺栓法兰的三维有限元及紧密性能分析

螺栓法兰的三维有限元及紧密性能分析

作者：杜娟东北石油大学

学位级别：硕士

螺栓法兰连接件是石油化工领域一种重要的密封连接结构。由于各种工况的作用,接头处易发生泄漏,导致密封失效。2001年根据统计数据表明,所有泄漏事故中有17%发生在螺栓法兰连接的位置,由此可以看出螺栓法兰紧固对保证压力容器的安全运... 详细信息

螺栓法兰连接件是石油化工领域一种重要的密封连接结构。由于各种工况的作用,接头处易发生泄漏,导致密封失效。2001年根据统计数据表明,所有泄漏事故中有17%发生在螺栓法兰连接的位置,由此可以看出螺栓法兰紧固对保证压力容器的安全运行有着很重要的作用。论文对螺栓法兰连接件的有限元分析及紧密性能分析,可为合理的法兰接头设计提供理论参考依据,减少设备在运行过程中的泄漏,保证其安全运行。本论文以管壳式换热器中夹带管板的螺栓法兰连接件为研究对象,采用了标准高颈设备法兰（JB/T4703-2000）作为分析的基准法兰,考虑了垫片材料的非线性性质和各元件间的接触关系（一种非线性关系）,将螺栓、法兰、垫片和管板等十种元件作为一个整体,利用ANSYS有限元分析软件对其进行了静力分析,并研究了几何尺寸和载荷等参数对连接件整体强度和紧密性的影响。其中,管壳式换热器中螺栓法兰连接件所夹带的实际管板在模型中通过美国机械工程师协会（ASME）锅炉及压力容器规范中的法兰设计规范简化为无孔实心的等效管板,并把有限元计算结果与GB151设计规范公式计算结果做对比,结果显示管板中心处的径向最大应力值与规范计算值较吻合。通过对螺栓法兰连接件的有限元分析,结果显示:预紧和内压工况时,螺栓法兰连接件整体和各元件应力分布趋势基本一致,随着内压的增大,各部位的应力强度增大,法兰和螺栓的变形也随之增大。螺栓受到轴向的拉应力,螺母与法兰环接触受到压紧应力,产生应力集中,法兰环有从内向外张开的趋势。由于几何形状不连续,预紧时法兰环与法兰颈连接处出现应力集中,内压时法兰颈与封头的连接处出现应力集中,但影响区域较小。通过螺栓、垫片和法兰等几何参数和预紧力的变化对螺栓法兰连接件强度和紧密性影响的分析,结果表明:法兰、螺栓、垫片和载荷等多种参数的改变对螺栓法兰连接件强度和紧密性有着重要的影响,能够直接引起连接件强度和紧密性的增大或减小,因此,在设计螺栓法兰连接件时也应考虑各元件的几何尺寸及施加载荷的大小。

关键词：螺栓法兰管壳式换热器垫片非线性强度紧密性

基于ANSYS Workbench的螺栓法兰有限元分析与优化

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基于ANSYS Workbench的螺栓法兰有限元分析与优化

作者：韩金陆浙江海洋大学

学位级别：硕士

螺栓法兰结构具有密封性能好、拆卸方便、强度高的优点,因其优点该结构在油气管道、压力容器连接处有着比较广泛的应用。但因其工况环境的复杂性,法兰接头处的密封系统可能会密封失效从而出现泄漏现象。这样不仅造成资源浪费,对周围环... 详细信息

螺栓法兰结构具有密封性能好、拆卸方便、强度高的优点,因其优点该结构在油气管道、压力容器连接处有着比较广泛的应用。但因其工况环境的复杂性,法兰接头处的密封系统可能会密封失效从而出现泄漏现象。这样不仅造成资源浪费,对周围环境造成严重污染,甚至会直接威胁人民的人身财产安全,可见螺栓法兰系统对管道和压力容器的安全运行起着至关重要的作用。而法兰强度的大小与法兰泄漏之间有着极其密切的关系,分析法兰系统受力强度大小对分析法兰泄漏情况有极其重要的意义。本文的研究对象是由法兰-螺栓-垫片组成的螺栓法兰整体结构,借助Pro/ENGINEER软件构建三维参数模型,并通过ANSYS Workbench软件对整体螺栓法兰结构和组成零件进行有限元分析,分析出整体及各零件的应力及应变分布规律,得出螺栓法兰连接系统在预紧情况下以及在承压工况下的受力和应变的变化规律。结果表明:预紧和承压工况时,螺栓法兰连接件整体和各组成零件件应力分布规律变化基本一致,并且随着管称压力的逐渐增大,各部位所受到的应力强度也逐渐增大,而法兰和螺栓的变形也随着压力的增强而随之变大。文章的最后把有限元法与优化设计思想相结合,以ANSYS Workbench软件的Design Exploration模块为工具对螺栓法兰整体结构的组成零件进行参数优化分析。通过分析计算得到法兰连接系统各部件优化后的几何尺寸,这对减小螺栓法兰接头所受的最大等效应力、降低法兰变形量、提高螺栓法兰的使用寿命具有非常重要意义,也可为螺栓法兰连接系统各零件的设计提供较合理的的指导和借签作用。

关键词：螺栓法兰 ANSYS 预紧有限元优化分析

螺栓法兰连接的失效案例分析及有关进展的讨论

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压力容器 2012年第2期29卷 42-48,66页

作者：朱磊 Zurich英国保险公司

根据2010年在英国机械工程师学会专题讨论会上介绍的法兰失效案例,简要讨论了螺栓法兰连接设计中应注意的问题,并介绍近期紧凑法兰和螺栓法兰连接标准的一些进展。为了防止法兰密封面泄漏,对重要法兰应进行实际螺栓载荷下的整体塑性变... 详细信息

根据2010年在英国机械工程师学会专题讨论会上介绍的法兰失效案例,简要讨论了螺栓法兰连接设计中应注意的问题,并介绍近期紧凑法兰和螺栓法兰连接标准的一些进展。为了防止法兰密封面泄漏,对重要法兰应进行实际螺栓载荷下的整体塑性变形分析。

关键词：螺栓法兰连接密封