温度波动对螺栓法兰连接系统垫片应力的影响

温度波动会造成螺栓法兰连接系统中垫片应力松弛,从而影响其密封性能。文章以DN80法兰接头为研究对象,通过ABAQUS软件建立了三维有限元模型,分析了温度波动对垫片应力的变化,研究了垫片与螺栓载荷变化的机理。结果表明,螺栓法兰连接系统在温度变化时存在着一定的温度滞后现象;当温度波动时,垫片应力随温度的降低而减小,随温度的升高而增大,波动结束后垫片表现出“内紧外松”的应力分布现象。在这一过程中,垫片的热膨胀与温度场的滞后性是垫片应力变化的主要因素。研究结果为螺栓法兰连接系统的进一步优化和改进提供了有力支持。

螺栓法兰连接SRC柱抗震性能与可拆卸性能研究

提出了一种螺栓法兰连接可拆卸型钢混凝土柱,为研究其抗震性能和可拆卸性能,利用ABAQUS建立了螺栓法兰连接柱(DSRC柱)和型钢混凝土柱(SRC柱)数值模型。通过低周往复加载,分析了法兰板厚度、螺栓数量、轴压比、柱高比、含钢率对DSRC柱破坏模式和抗震性能的影响,结果表明:法兰板厚度和柱高比对DSRC柱破坏模式和抗震性能的影响较大。主要有2类破坏模式:当柱高比有≤1/2、或≥2/3且法兰板厚度较大时,构件的破坏模式为下柱及其连接破坏或下柱破坏,该类破坏模式的构件滞回曲线饱满,耗能能力较强,延性系数较大;当柱高比≥2/3且法兰板厚度较小时,构件的破坏模式为上柱及其连接破坏或上柱、下柱及其连接破坏,该类破坏模式的构件滞回曲线有捏缩现象,耗能能力较差。以螺栓损伤系数η和法兰板屈服程度w作为DSRC柱的可拆卸指标,并进行了可拆卸性能分析。结果表明:螺栓数量对可拆卸性能影响较大。当螺栓数量足够多且η和w均≤0.2时,可以实现DSRC柱的可拆卸。最后,基于下柱及其连接破坏、下柱破坏2种破坏模式,结合相关规范,提出了DSRC柱螺栓数量和法兰板厚度的设计建议;并结合有限元模型分析结果,对螺栓数量计算公式做出了修正。

振动载荷频率对螺栓法兰连接结构松动行为仿真分析

为探究振动载荷频率对螺栓法兰连接结构松动行为的影响规律仿真分析,首先建立了带螺旋升角螺纹的螺栓法兰连接结构精细有限元模型,进行了全六面体网格划分,采用了施加力矩法施加初始预紧力,运用Yamamoto方法和Spowith方法验证了模型的有效性,然后进行了螺栓松动条件理论分析,最后进行了振动载荷下螺栓法兰连接结构松动行为仿真计算,基于螺栓预紧力变化和螺纹接触面、螺栓头接触面黏着-滑移接触状态变化情况分析了振动载荷频率对螺栓松动行为的影响规律。结果表明,存在一振动载荷频率临界值,使得螺栓松动最不容易发生;一定范围内,低振动载荷频率较高振动载荷频率振更容易引起螺栓松动;当达到一定值后,振动载荷频率将对螺栓松动影响较小。

循环横向载荷作用下旋转松动期内螺栓法兰连接结构松动行为

为研究横向载荷下旋转松动期内螺栓法兰连接结构松动行为,建立了多种带螺纹升角螺栓法兰连接结构精细有限元模型,分析了不同拧紧工艺对螺栓预紧力大小及散差的影响,进行了松动条件理论分析,从理论上揭示了螺栓松动现象发生的所需条件,并基于预紧力变化和螺纹接触面、螺栓头接触面黏着-滑移接触状态变化情况对循环横向载荷下旋转松动期内连接结构松动行为进行了仿真计算,主要系统分析了螺栓初始预紧力、横向载荷幅值、螺栓位置、螺栓个数、螺栓直径、接触面摩擦系数、止口紧度影响因素对连接结构松动行为的影响规律。结果表明:初始预紧力越大、横向载荷幅值越小、螺栓个数越多、接触面摩擦系数越大、螺栓直径越大、止口紧度越大,连接结构松动越难发生;存在一横向载荷幅值临界值,当小于此临界时,各螺栓均不发生松动,大于此临界时,有螺栓发生松动;存在一螺栓位置值,使连接结构松动最不容易发生。

含剪力销(锥)螺栓法兰连接结构非线性特性

连接结构广泛应用于航空航天、化工装备和核电站等大型工业装备中。对于轴弯剪组合作用下的连接结构,需要螺栓、法兰和剪力销的联合工作以抵抗外力。本文针对含剪力销(锥)的螺栓法兰连接结构的动力学问题开展研究,将该类结构抽象为三自由度的质量-双线性弹簧系统,建立非线性动力学模型的数学列式,并进行数值求解。重点研究该系统在横向冲击(剪力)下的动力学特性。通过理论分析与数值计算,指出该非线性系统存在3个方向自由度全耦合的振动现象,并阐述该系统自由度的解耦条件;对纵向振动与横向错动的耦合振动频率关系进行讨论并分析其相互联系;研究剪力销倾角对螺栓最大轴向拉力的影响规律并给出关系曲线,指出其最佳设计角度区间。

ASME PCC-1—2010《压力边界螺栓法兰连接安装指南》的解析

螺栓法兰连接的正确安装对保证法兰接头的结构完整性和连接密封性两者都具有重要意义。2010年ASME颁布了ASME PCC-1《压力边界螺栓法兰连接安装指南》修订版,以替代2000年的第一版。2010年修订版体现了螺栓法兰连接的最新研究成果和工程实践经验。主要对2010年修订版中的新增内容及其特点进行了介绍和分析。

高温螺栓法兰连接的紧密性评价方法

提出了高温螺栓法兰连接的紧密性概念;试验研究了柔性石墨填充缠绕式垫片、金属冲齿板柔性石墨复合垫片和金属包覆垫片的压缩回弹性能、蠕变性能和基本密封性能;通过试验数据的回归分析得到了垫片高温性能表达式;将试验得到的垫片变形特性和泄漏特性统一于螺栓法兰连接中进行系统分析,建立了紧密性评价方法。该方法不仅可对在役螺栓法兰连接的泄漏状况作出评价,而且为密封连接的设计、新型垫片的开发以及垫片性能的评价提供了借鉴。

参数化建模的螺栓法兰连接刚度分析

为分析几何参数对螺栓法兰连接刚度的影响,用MSC.Patran软件的二次开发工具PCL(Patran Command Language)建立了螺栓法兰连接的参数化模型。研究了螺栓法兰连接刚度随连接结构几何参数的变化规律并进行了灵敏度分析。经分析可知,连接结构刚度对开孔位置比例参数最敏感,其次是上法兰厚度。当上部段长度大于某一数值时,连接结构刚度对上部段长度参数不敏感,这一结论能为连接结构动力学简化建模提供一定理论参考。

基于非线性垫片径向应力分布的螺栓法兰连接泄漏率预测方法

采用解析方法对垫片应力径向分布及其不均匀性进行研究,提出基于垫片径向应力分布的螺栓法兰连接结构泄漏率预测方法。将垫片应力径向分布解析计算结果与有限元计算结果,以及泄漏率预测结果与现有方法预测结果和ROTT(Room Temperature Tightness)的试验结果分别进行比较和分析。结果表明,垫片应力分布的解析计算结果与有限元结果一致,且大小由内径向外径逐渐增大,随着螺栓载荷的增加,垫片径向应力的不均匀性也逐渐增大;提出的泄漏率预测方法得到的计算结果与试验结果十分吻合,且较现有预测方法得到的结果更为精确。

基于ABAQUS的承受外弯矩作用的螺栓法兰连接的参数化研究

以符合GB/T9115.1-2000标准的法兰为例,采用ABAQUS软件对其进行三维数值模拟的参数化研究,研究外弯矩和法兰公称直径对垫片应力及连接泄漏率的影响,确定外弯矩与泄漏率的规律。结果表明,外弯矩使法兰周向应力分布不均匀,随着外弯矩的增大,受拉侧垫片应力减小,单位垫片外周长泄漏率增大;在规定的螺栓载荷作用下,随着法兰公称直径的增大,受拉侧垫片应力增大,单位垫片外周长泄漏率减小。

非金属垫片螺栓法兰连接寿命评价

分析非金属垫片密封的时效特性,考虑高温条件下材料退化和垫片载荷松弛过程对密封性能的影响,依据多孔介质理论,建立非金属垫片密封的时效泄漏模型。将螺栓法兰连接系统寿命划分为密封寿命和部件寿命。提出密封寿命试验方法,在考虑垫片泄漏特性变化的基础上,基于指标泄漏率分析螺栓法兰连接系统密封寿命;基于蠕变和疲劳损伤准则分析高温螺栓的剩余寿命,探讨螺栓法兰连接系统的密封寿命和各部件寿命之间的关系。建立螺栓法兰连接系统的寿命预测最弱环模型,将垫片的变形特性和泄漏特性统一于螺栓法兰连接系统中进行研究,提出基于指标泄漏率和结构完整性的螺栓法兰连接系统寿命评价方法。

外弯矩和蠕变对螺栓法兰连接紧密性的影响

螺栓法兰连接是石油化工机械设备等工业装置中最重要的静密封连接形式之一,其失效的主要原因是泄漏。在考虑垫片的非线性和连接结构部件(法兰、螺栓和垫片)蠕变的基础上,采用ABAQUS软件对承受外弯矩作用的螺栓法兰连接结构进行了三维数值模拟,研究了外弯矩和蠕变对连接结构紧密性的影响。研究结果表明,外弯矩使连接结构垫片应力分布不均匀,蠕变进一步加剧了应力分布的不均匀性并使垫片应力减小;受拉侧垫片应力减小导致了连接结构的泄漏。

谈压力容器螺栓法兰连接中螺栓预紧力的理解和应用

螺栓法兰连接是目前石油化工设备中应用极为广泛的一种可拆静密封连接结构,其主要失效形式是泄漏。螺栓的正确预紧是保证连接面不发生泄漏的重要环节之一。对压力容器螺栓法兰连接中螺栓的预紧方式、预紧顺序以及螺栓预紧力的确定及控制方法进行了比较详尽的介绍。同时提出了一种将压力及温度加载过程考虑在内的螺栓预紧力确定方法,并以一台高压换热器、一台中压换热器和一台低压容器设备法兰连接副为例,对不同螺栓预紧力的确定方法进行了比较和分析,推荐了适合于工程应用的螺栓预紧力确定方法。旨在为广大的工程技术人员更好地理解和应用螺栓预紧,从而为提高压力容器螺栓法兰接头设计的可靠性及密封效果提供有益的参考。

垫片外缘最大应力对螺栓法兰连接结构泄漏率影响

螺栓法兰连接广泛的应用于石油化工等过程装备中,其是最重要的静密封连接形式之一,失效的主要原因是泄漏。利用有限元法对垫片的平均应力和外缘最大应力关系进行分析研究;采用解析方法预测螺栓法兰连接结构的泄漏率,并与试验结果进行对比,研究了垫片外缘最大应力与泄漏率之间的关系。结果表明,随着螺栓载荷的增加,法兰偏转程度增加,垫片平均应力与垫片外缘最大应力的差值逐渐增大;垫片外缘最大应力较平均应力对连接结构泄漏率影响更大。

螺栓法兰连接模糊故障树分析

根据螺栓法兰连接系统的模糊性、连接系统的主要故障及其失效原因,建立以连接系统泄漏失效为顶事件的故障树.依据模糊集理论,基于基本事件发生概率的三角模糊分布,对所建立的故障树进行了模糊分析.采用Fussel算法得到了顶事件的最小割集,求取了顶事件的模糊概率及不同置信水平下顶事件的隶属函数;将模糊重要度中值分析法引入螺栓法兰连接系统的故障树分析中,获得了顶事件最小λ截集水平下的各基本事件的模糊重要度,得到影响连接系统泄漏失效行为的重要因素,并给出相应的泄漏预防与控制策略.

附加载荷作用下螺栓法兰连接的强度和紧密性分析

运用三维有限元方法模拟了垫片的非线性特性,分析了附加载荷对螺栓法兰连接结构的强度和紧密性的影响,确定了连接系统的紧密性、附加载荷和垫片残余压紧应力三者之间的关系。分析结果表明,附加弯矩对螺栓法兰连接结构的紧密性有较大影响。

螺栓法兰连接中非线性垫片径向应力的解析计算方法

为准确评价螺栓法兰连接结构的紧密性,采用解析方法对螺栓法兰连接中非线垫片沿径向变形量和应力分布进行研究。解析方法计算得到的垫片变形量与应力分布与有限元法计算结果基本一致,但较有限元法计算的稍偏小。分析结果表明,垫片变形量及沿径向的应力分布都是不均匀的,由垫片内径向外径逐渐增大。

箭(弹)级间螺栓法兰连接结构冲击失效实验与数值仿真

基于火箭(导弹)级间螺栓法兰连接结构,简化设计并制作了一组原理性实验件,利用ABAQUS软件建立有限元模型,设计并进行了多次落锤冲击失效实验,其中包括轴向和横向两种工况,考虑了螺栓均布与非均布、螺栓直径和螺栓-栓孔间隙等不同结构特点。实验过程中采集了螺栓力时程响应数据、柱段关键点应变时程响应数据、锤头冲击力和冲击速度及连接界面开缝位移等多组数据。根据实验效果和实测数据,分析了连接结构冲击失效机理,并对比验证发现有限元模型数值模拟效果和精度与实验结果吻合较好。研究结论可为箭(弹)级间连接结构抗冲击设计提供参考。

外弯矩和元件蠕变对螺栓法兰连接力学性能的影响

在考虑连接结构承受外弯矩作用和螺栓、法兰及垫片蠕变的基础上,建立高温螺栓法兰连接结构的变形协调分析方程,采用解析方法研究连接结构承受外弯矩和蠕变对连接结构力学行为的影响。结果表明,外弯矩作用下,受拉侧的法兰转角增大,螺栓伸长量减小,垫片应力增大;受压侧的情况则相反。在相同的工作条件下,考虑蠕变时,温度越高,法兰转角、法兰变形量和垫片应力减小幅度越大。外弯矩引起的垫片受拉侧应力下降和元件的蠕变是连接结构密封失效的重要原因。

基于ANSYS Workbench水轮发电机螺栓法兰连接有限元分析

根据机械设计理论,分析了只承受预紧力和预紧力与工作载荷同时作用两种情况下螺栓连接的受力情况,并利用ANSYS Workbench对水轮发电机螺栓法兰连接结构进行模拟,创建了有限元模型,施加了相应的约束、预紧载荷与工作载荷,进行了结构静力学分析。有限元分析结果与理论运算结果进行比较,有限元模型的正确性、可靠性得到验证。该模拟分析结果为螺栓的选用与装配提供了依据,提高了产品的可靠性和设计水平。