含剪力销的螺栓法兰双连接箭体位移峰值分析

含剪力销的单连接面螺栓法兰结构动力学响应受剪力销倾角显著影响,而实际箭体结构多采用双连接面三舱段形式。因此,将单连接面螺栓法兰结构动力学简化模型进行推广,建立双连接面的三舱段箭体结构简化动力学方程,并研究结构横纵耦合振动问题。通过将接触非线性转化为剪力销影响下的拉压不同刚度结构问题,建立六自由度的双连接箭体简化动力学模型,通过动力学仿真分析找出剪力销倾角对冲击载荷作用下双连接箭体结构位移峰值响应的影响趋势。

基于改进四参数法的法兰螺栓连接预紧力优化

为解决无垫片法兰螺栓连接预紧力分布不均的问题,运用有限元方法对法兰螺栓连接以两种预紧顺序进行仿真计算,分析了螺栓残余预紧力的分布规律;使用四参数法优化螺栓预紧力,分析其优化效果即残余预紧力大小和均匀性,并对四参数法予以改进。结果表明:四参数法以较低的使用成本解决了残余预紧力分布不均问题,但是个别螺栓残余预紧力依旧有较大分散性;改进后的四参数法改善了原方法的不足,在两种顺序下,残余预紧力标准差比原方法分别减小了63%和59%。

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。

冲击载荷下螺栓法兰连接结构断裂失效影响因素研究

为研究冲击载荷下螺栓法兰连接结构的断裂失效模式,基于弹塑性损伤本构方程建立了连接结构的有限元模型,施加了冲击载荷并进行断裂失效仿真分析,以螺栓应力与法兰转角为观测指标,研究了螺栓的预紧力、不同螺栓位置及接触面摩擦因数对连接结构断裂失效的影响规律。结果表明:螺栓位置越靠近法兰筒,接触面摩擦因数越小,连接结构越容易发生断裂失效;初始预紧力对连接结构断裂失效影响甚微。可通过增大接触面摩擦因数、增大L值来提高螺栓法兰连接结构的强度。

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。

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。

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。

基于ANSYS Workbench的法兰螺栓有限元分析

法兰螺栓连接结构是设备中必不可少的部件之一,对整个设备的正常运行起着十分重要的作用。现以某燃烧炉的法兰螺栓连接结构进行有限元分析,通过三维绘图软件进行模型的建立,导入有限元分析软件ANSYS Workbench中,并对法兰螺栓赋予相应的材料属性以及载荷约束。通过求解得到Von-Mises应力图。同时针对法兰中的垫片也进行了分析,对法兰整体的密封性能进行了研究。该结果对在ANSYS Workbench中模拟法兰和螺栓连接方面的问题提供了参考。

螺栓拧紧起始点对发动机导管连接性能的影响

目前在液体火箭发动机导管装配过程中,焊接变形产生的端面法兰轴线偏斜会导致导管与配对法兰装配后的连接系统产生应力集中、密封失效等问题。从螺栓拧紧起始点入手,应用有限元数值分析方法研究了导管连接偏斜状态下拧紧起始点的变化对发动机导管最大装配应力、密封件接触应力分布均匀性等性能的影响。针对配对法兰在不同偏斜角度下螺栓拧紧起始点对装配应力及密封性能的影响进行了对比分析,研究了不同偏斜方向下螺栓拧紧起始点对导管连接性能的影响。研究表明在同偏向下偏斜角度不同时,应依据偏斜角度大小选取对应的远离或靠近两法兰间距最值的拧紧起始点,并总结出导管与螺栓组最大装配应力值随偏斜方向的变化而发生整体增大或减小的变化规律。

装配式钢结构自攻螺栓-芯筒法兰柱连接节点抗震性能有限元分析

装配式钢结构芯筒法兰柱拼装时需按照负公差进行安装,上柱内壁与芯筒间存在间隙,因此设置单向螺栓可以增强柱壁与芯筒的联系。为进一步实现高效装配并节约工程成本,采用自攻螺栓连接代替单向螺栓,即为装配式钢结构自攻螺栓-芯筒法兰柱连接节点。对该连接节点建立有限元分析模型,深入分析上柱内壁与芯筒间隙的变化对节点力学性能的影响。考虑到实际工程中间隙不宜过大,因此将上柱内壁与芯筒单侧间隙从0 mm设置到3 mm。有限元分析结果表明:当上柱内壁与芯筒单侧间隙小于3 mm时,节点滞回性能较为接近,间隙的改变对节点抗弯承载力和等效刚度退化曲线无显著影响,因此在保证节点抗震性能的同时满足施工安装的便捷性,可将装配式钢结构自攻螺栓-芯筒法兰柱连接节点上柱内壁与芯筒单侧间隙控制在2 mm。

加氢反应压力容器法兰连接螺栓荷载及有限元分析

法兰连接螺栓作为压力容器的关键部件,主要作用是防止容器内介质向外流动。文章以内径为4000 mm的压力容器为研究对象,针对设计压力为1 MPa,工作温度为250℃的加氢反应压力容器的不同螺栓数量进行了分析,研究了其螺栓数量与螺栓载荷、螺栓应力之间的联系,并利用有限元分析软件对其进行了强度校核。此次设计的压力容器法兰连接螺栓结构可靠,使用性能良好,可为其他压力容器的法兰连接螺栓的结构设计和制造提供参考。

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。

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。

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。

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。

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。

基于非线性有限元理论的风力发电机组法兰-螺栓连接分析方法研究

以风力发电机组叶片根部法兰-螺栓连接为例,研究了法兰-螺栓连接分析方法。根据风力发电机组法兰-螺栓连接结构的特点,采用非线性有限元分析方法建立多种法兰-螺栓连接分析模型,对模型的单元类型选择、各部件连接关系的处理及接触对的建立方式进行了研究;分析了单元类型、接触关系等因素对有限元计算结果的影响;提出了针对不同分析需求的风力发电机组法兰-螺栓连接有限元分析方案;为风力发电机组法兰-螺栓连接结构的设计和强度分析提供理论基础。

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。

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。

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。