基于弹塑性有限元的管法兰最大螺栓安装载荷确定

螺栓法兰接头预紧安装时,通常采用尽可能大的螺栓安装载荷来确保其密封性能,而过大的螺栓载荷不仅会引起泄漏,甚至会造成强度失效。文中采用有限元分析软件建立了管法兰接头三维弹塑性模型,分析了不同螺栓预紧应力及介质内压作用下法兰偏转角度、应力分量和垫片接触应力的变化,确定了法兰接头的最大螺栓安装载荷。结果表明:在预紧和操作工况下法兰接头均会发生不同程度的偏转,导致垫片外径处应力最大;当螺栓预紧载荷大到一定值时,法兰偏转角度随螺栓预紧载荷的增大呈非线性增大,表明此时法兰发生大塑性变形;综合考虑垫片强度和法兰大塑性变形,确定的NPS24 Class300和NPS3 Class300的管法兰最大螺栓安装应力分别为350 MPa和400 MPa。