基于螺栓-法兰连接紧密性理论的弹性垫圈优化设计
设备法兰用焊接密封垫片设计

的情况下,垫片理论受压面积"gl可以按照以下
公式计算:
" ' ( Gt=兀 Gt Gt
(3)
其中
'Gt= ( 'G1 + dG2 )/2
( - (Gt= dG2;dG1 /2
式中,d Gt为垫片理论中心圆直径,(Gt为垫片理论
宽 度 , mm*
预紧工况下垫片仅承受了较大的预紧力,法
兰只受到螺栓压紧力,偏准角可以忽略不计*故有
GB 150. 3—2011《压力容器第3部分:设计》,5第7. 5. 1. 5条指出,垫片在预紧状态下受到最大 螺栓载荷的作用,压紧过度将失去密封性能*垫片 应有足够的宽度,其值可按经验确定*文中通过分 析预紧状态下焊接密封垫片受力 , 总 结出了 垫 片 应力校核方法*通过核算DIN 2695—2019中管法 兰用焊唇式垫片受力情况 , 确定 了 垫 片受力 合 格 指标,并用实际工程应用的垫片来验证合格指标 的合理性*最终通过迭代计算,给出了不同公称压 力、直径下设备法兰用焊唇式垫片尺寸参考值*
483
457
575 595
600
591
584
559
683 703
文中以DIN 2695—2019第4. 1. 3条焊唇式
垫片密封的可靠性分析方法

参考文献 [ 1] 刘惟信, 机械可靠性设计, 北京: 清华大学出版社, 1996。 [ 2] 王超, 王 金等, 机械可靠 性工程, 北京: 冶金工业 出版
Keywords: Gasket Sealing Leakage Reliability
垫片密封的可靠性是指垫片连接系统在所 要求的
工作时间内, 保持有效密封, 使泄漏率低于所 规定的 指标泄漏率的能力, 国内外石化行业近年来的 燃烧爆 炸事故调查结果表明, 密封系统的可靠性不足 是造成 严重泄漏, 影响工业装备的正常运行、环境 污染, 甚 至酿成重大人 员伤 亡事故 的主 要原因。但 迄今 为止, 并未建立垫片密封系统可靠性的完整概念, 更 无可靠 性分析的具 体方 法, 因 而无 法 回答 连 接的 可 靠性 问 题。本文从反应论模型出发, 依据干涉模型的 基本原 理, 探讨垫片密封的可靠性分析方法。 1 应力 ) 强度干涉模型
根据应 力 ) 强度 干 涉 模型, 可 建立 如 下 极 限方
程:
y = LC- L
( 4)
式中, LC 为规 定 的指 标 泄漏 率, 其 均 值为 LLC,
方差为 RLC, 通常取 RLC= 0。
3 可靠性分析解析法
利用解析法进行可靠性分析[ 2] , 其 精度较高。下
面为解析法分析的一般步骤:
( 9)
再依 据 所 规定
的 指 标 泄 漏 率 L C, 利用公式 (5) 、( 6) 、
(7)、 ( 9) 便可 求得
LSG, 即 求 得 所 需 的
垫 片 残 余 应 力 S G, 将 SG 代入 螺栓 法兰 连接 的 变 形 协 调 方
大直径高压设备法兰优化设计

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螺栓-法兰连接用弹性垫圈载荷变形特性研究

( ol e f caia adPw r nier g N j gU i r t o eho g , aj gJ ns 10 9 C ia C l g h ncl n o e E g e n , a i n esy f cnl y N n n agu2 00 ,hn ) e o Me n i n n v i T o i i
性垫 圈的规范化 、参数化设计 以及含 弹性垫圈的螺栓- 法兰连接系统 的紧密性分析与设计提供依据。 关键词 :弹性 垫圈;载荷变形特性 ;有 限元法
中图分 类 号 :T 4 文献 标 识 码 :A 文章 编 号 :0 5 05 (06 B2 24— 10 20 )8— 9 4 03—
l s a c n Lo d. f r a in Pr p ris e r h 0 a del m t0 o e te 0 0 h a tc W a h r i le l n e n e to ft e El si s e n B0 t d F a g d Co n ci n
张 育 陈 晔 顾伯勤
江苏南京 20 0 ) 109
( 南京工业 大学机械与动力工程学 院
摘要 :采用有限元分析方法和压缩回弹性能实验对螺栓- 法兰连接用弹性垫圈在轴向载荷下 的载荷变形 响应关 系进
行 了计算模拟和实验研究 ,计算结果与试验数据较为吻合 ,表明本文提出的有限元分析模型可较好地用于研究弹性 垫圈 的力学行 为。在此基础上 ,通过对模拟计算数据的数值拟合 ,得 到了轴向载荷下弹性垫圈的压缩 、回弹性能公式 ,为弹
现代工业 的发展 对螺栓 法兰连 接系统 的密封性能 提 出了越来越高的要求 ,密 封失效 不仅会造成 巨大 的 经济损失 ,而且会污染环境 ,甚至 酿成重大人员伤亡
风力发电机组塔筒法兰连接处螺栓强度分析——采用Peterson方法

风力发电机组塔筒法兰连接处螺栓强度分析——采用Peterson方法王建华【摘要】笔者采用Peterson方法,对塔筒法兰连接处螺栓进行了极限强度分析,计算出了螺栓的等效应力,同时采用有限元分析方法对塔筒法兰连接处螺栓在NX Nastran软件环境中进行了仿真分析,通过比较采用Peterson方法的理论分析计算结果和有限元分析计算结果,可知结果基本吻合,指出采用Peterson方法的理论分析满足工程设计需求,该研究对工程实际应用具有很好的指导意义.【期刊名称】《科技创新与生产力》【年(卷),期】2017(000)012【总页数】4页(P91-94)【关键词】风力发电机组;塔筒;塔筒法兰连接;螺栓;Peterson方法;有限元【作者】王建华【作者单位】太原重工股份有限公司技术中心风电所,山西太原 030024【正文语种】中文【中图分类】TM315;TK83;TP391.7塔筒是风力发电机组的主要支撑装置,它将机组机舱部分与地面相连,为水平轴叶轮提供需要的高度,并承受极限风速产生的载荷。
目前在国内外风电市场上,现代大型风力发电机组普遍采用的塔筒主要是钢制锥形塔筒。
这种形式的塔筒通过法兰将若干段不同壁厚的钢制锥形筒连接,法兰之间采用高强度螺栓施加预紧力的方法保证塔筒的刚度和强度,其连接的可靠性决定着整个风力发电机组的整体性能。
濮良贵、纪名刚指出传统螺栓强度分析理论只对螺栓组连接受轴向载荷或受倾覆力矩的情况进行简单分析,存在一定的局限性[1]。
针对传统螺栓连接理论分析的局限性,德国工程师协会标准VDI 2230-1-2003中的螺栓连接理论考虑了同心加载和偏心加载的工况,并分析了螺栓连接强度[2]。
朱少辉基于风电机组整机性能匹配和提升总体净收益,介绍了半刚性塔筒设计的一般流程[3]。
陈真、杜静、何玉林等以某2.5 MW水平轴风力发电机组塔筒连接处高强度螺栓为分析对象,按照德国工程师协会标准VDI 2230-1-2003中的高强度螺栓连接理论计算方法,对法兰连接处的高强度螺栓进行了强度评估[4]。
垫圈倒装复合模毕业设计

5.5.1卸料板工作行程.......................................................................................................19
6.1.2冲孔凸模.........................................................21
6.2卸料部件的设计......................................................21
6.2.1卸料板的设计......................................................22
5.5.4卸料橡胶的预压缩量...............................................................................................19
5.5.5每个橡胶所承受的载荷.............................................20
4.2操作与定位方式.....................................................9
4.2.1操作方式.........................................................9
4.2.2定位方式.........................................................9
螺栓连接紧固原理介绍PPT课件
王* ********* 2015.09
一 认识螺栓 二 螺栓连接原理 三 螺栓紧固方法 四 螺栓使用注意事项
目录
2 2/22
一、认识螺栓
螺栓的定义:由头部和螺杆(带有外螺纹的圆柱体)两部 分组成的一类紧固件。
螺栓的分类:
头部形状:六角头、圆头、方形头、沉头等; 螺纹长度:全螺纹和半螺纹; 螺纹牙型:三角形、梯形、管形等; 螺纹旋向:右旋和左旋
通过螺杆的拉伸 来获得预紧力
施加扭矩
在螺纹上涂 上润滑剂
仅在螺柱/螺栓紧固部分的尾部润滑
通常情况 栓头加润滑 螺纹加润滑 螺纹有缺陷
栓头摩擦 50% 45% 50% 50%
螺纹摩擦 40% 40% 30% 45%
预紧力 10% 15% 20% 514%
14/22
三、螺栓紧固方法
螺栓紧固顺序原则
没有压紧力
振动
压力
+/- oC
压力
侧向应力 11 11/22
三、螺栓紧固方法
螺栓紧固方法有三种:
扭矩紧固法:其原理是扭矩大小和轴向预紧力之间存在一定关系。 该紧固方式操作简单、直观,目前被广泛采用
转角紧固法:旋转角度与螺栓伸长量和被拧紧件松动量的总和大致 成比例关系,因而可采取按规定旋转角度来达到预定拧紧力的方法
螺栓连接类型,根据螺杆与通孔的配合程度可分为:
普通螺栓连接:装配后孔与杆间有间隙,结构简单,装拆方便,可 多次装拆,应用较广
铰制孔螺栓连接:装配后无间隙,主要承受横向载荷,也可作定位 用
孔比螺杆大 0.5mm-1mm
孔比螺杆大 0.3mm-0.5mm
8 8/22
二、螺栓连接原理
初学法兰知识点总结
初学法兰知识点总结一、法兰的定义法兰是连接管道、阀门、泵和其他设备的重要组成部分,用于连接管道系统中的各种元件。
它通常由两个平行的法兰盘组成,中间用密封垫圈或填料将它们连接在一起,并通过螺栓或螺柱将其紧固。
二、法兰的种类1. 按法兰盘的形状分类:- 平焊法兰盘- 对焊法兰盘- 锻制法兰盘- 螺纹法兰盘- 螺旋条纹法兰盘- 镦口法兰盘2. 按法兰的连接方式分类:- 对焊法兰- 螺纹法兰- 锻焊法兰- 螺栓连接法兰- 卡箍焊法兰3. 按法兰的结构形式分类:- 普通法兰- 对接法兰- 横通道法兰- 减压法兰4. 按法兰的制造标准分类:- 国际标准法兰- 国内标准法兰- 行业标准法兰三、法兰的作用1. 连接管道和设备法兰是连接管道和设备的重要部分,它可以使管道系统中的各种元件相互连接,形成一个完整的管道系统。
2. 便于安装和维护使用法兰连接管道和设备,可以方便地进行安装和维护,同时也提高了管道系统的灵活性和可靠性。
3. 保证管道的密封性通过法兰的紧固和密封设计,可以有效地防止管道系统的泄漏,保证管道的密封性和安全性。
四、法兰的安装要点1. 法兰盘的平行度和对中度要求高在安装法兰时,要求两个法兰盘的平行度和对中度都要保持在较高的水平,以确保紧固螺栓的平稳和紧密。
2. 法兰螺栓的紧固力要均匀在紧固法兰螺栓时,要遵循对螺栓的交叉紧固,均匀施加力量,使法兰盘与法兰盘之间的密封垫圈或填料得到均匀的压力。
3. 法兰盘的密封垫圈有一定要求在安装法兰时,要选择适合的密封垫圈或填料,具有较好的弹性和耐腐蚀性,以确保管道系统的密封性。
五、法兰的常见问题及处理方法1. 法兰漏气- 可能原因:法兰盘不平行、紧固力不均匀、密封垫圈损坏等。
- 处理方法:重新调整法兰盘的平行度、重新紧固螺栓、更换密封垫圈等。
2. 法兰生锈- 可能原因:法兰表面因为潮湿或者长时间暴露在空气中导致生锈。
- 处理方法:对生锈的法兰表面进行打磨和喷涂防锈漆。
孔用弹性挡圈的数值模拟与优化
孔用弹性挡圈的数值模拟与优化
徐小惠;金成哲;曹家斌
【期刊名称】《机械工程师》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】针对小尺寸挡圈被压紧、放松后无法回到原始状态且易发生局部变形的问题,对孔用弹性挡圈的结构及装夹收缩动作进行研究,从挡圈结构方面结合虚位移原理开展力学分析,建立弹性挡圈受水平装夹力变形过程的力学模型,列出装夹力与偏心距、开口角度的函数关系。
以GB 893.2—1986 B型孔用弹性挡圈D42规格为研究对象,结合弹性试验技术条件数据参数,基于ANSYS Workbench软件对挡圈受力过程进行数值模拟,仿真结果与数学模型计算结果在小变形情况下吻合度较高。
以挡圈结构强度为优化目标,对挡圈结构参数进行优化。
以国标挡圈为例,绘制应力云图、位移云图、偏心距-应力、开口角度-应力曲线,开口角度对挡圈强度影响较小,偏心距与最大应力曲线图呈二次项关系。
优化结果为提高自主设计挡圈结构强度提供改进方向。
【总页数】3页(P67-69)
【作者】徐小惠;金成哲;曹家斌
【作者单位】沈阳理工大学机械学院;宜宾三江机械有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】TH122
【相关文献】
1.基于数值模拟与正交试验结合的注塑模多工艺参数优化设计
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5.镁合金一模多腔压铸件数值模拟与工艺优化
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螺栓连接的有限元建模及仿真分析
螺栓连接的有限元建模及仿真分析辛鹏;万义强;徐琢【摘要】针对螺栓连接结构的仿真分析,建立了单体螺栓连接有限元模型和螺栓法兰有限元模型.理论计算和仿真分析均表明,在施加拧紧力矩后,装配应力主要产生在实体螺栓的螺头、垫圈和被连接件之间;与此同时,最大应力值也出现在螺母与螺杆连接处.模态分析表明,螺栓预紧力的大小对结构的影响很小.对于螺栓法兰连接结构,由装配引起的应力变化和分布也局限在各螺栓附近,其余部位影响甚小.为了提高仿真计算的效率和准确度,建议采用实体螺栓连接模型.【期刊名称】《车辆与动力技术》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】5页(P58-62)【关键词】螺栓;法兰连接;预紧力;模态;装配应力【作者】辛鹏;万义强;徐琢【作者单位】北京理工大学机械与车辆学院,北京,100081;北京理工大学机械与车辆学院,北京,100081;北京理工大学机械与车辆学院,北京,100081【正文语种】中文【中图分类】U463螺栓连接作为一种可拆卸式的连接方式,广泛存在于各种机械设备中联结间厚度不大的场合.一般而言,对于各种机械式连接件,在工作过程中,应力集中和疲劳多数发生在连接部位,即螺栓附近,这对螺栓的寿命和连接精度有着重大的影响.因此,分析螺栓连接的应力产生有着重要的意义.由于螺栓连接中,连接件和被连接件相互之间的作用力比较复杂,因此,在有限元分析中,需要有针对性的简化.在螺栓连接中,螺栓预紧力和相互间接触是比较重要的两个特点,它们对结构的静态特性和动态特性的影响非常大.对于螺栓连接结构中的接触应力和连接刚度,许多科研工作者通过理论计算和有限元仿真,并加以试验验证,对螺栓连接进行了大量的研究分析[1],得到了很多有价值的、可以借鉴的结论.在螺栓连接中,螺纹的接触和应力分析是有限元仿真中的难点.孙宇娟[2-3]等通过对螺纹的建模和分析,得到螺纹轴向载荷和应力分布规律,表明螺纹的形状和螺栓效应对螺栓结构的轴向载荷和应力分布的影响不大.这对我们简化螺栓模型提供了理论上的帮助.通过对螺栓连接应力分布的理论计算,基于有限元分析软件ANSYS,对螺栓连接进行精细化建模,并施以局部接触及螺栓预紧力,通过理论计算结果验证模型的准确性和实用性.1 螺栓连接模型强度计算校核螺栓连接的失效形式主要是螺栓杆部的损坏:在轴向变载荷的作用下,螺栓的时效多为螺栓的疲劳断裂,损坏的地方都是截面有剧烈变化因而有应力集中处.就破坏性质而言,约有90%的螺栓属于螺杆疲劳破坏.据统计资料表明,受变载荷的螺栓,如图1,在从螺母支撑面算起第一圈或第二圈螺纹破坏处损坏的约占65%,在光杆与螺纹部分交界处损坏的约占20%,在螺栓头与杆交界处损坏的约占15%.图1 变载荷受拉螺栓损坏统计例子中,建模螺栓为M10普通钢制螺栓,螺栓危险截面的拉伸应力螺栓危险截面的扭转切应力为式中:tanρv≈0.17,d2/d1≈1.05,tanλ =0.05,得对于钢制螺栓,可根据第四强度理论确定许用计算应力从公式来看,对于M10钢制紧螺栓连接,在拧紧时虽然受拉伸和扭转的联合作用,但计算时可按纯拉伸计算紧螺栓的强度,仅将所受的预紧力增大30%即可.对仅承受预紧力的紧连接螺栓,螺栓危险截面的应力值需小于许用应力式中:F为预紧力,N;d1为螺纹小径,mm;[σ]为螺栓材料的许用应力,MPa.2 螺栓连接有限元模型2.1 螺栓连接模型图2是局部简化版的螺栓连接结构,上下薄板通过M10的螺栓连接.显示螺栓连接处的网格划分及局部细节.对该实体连接模型,考虑到了真实的螺栓预紧力和接触[4].实体螺栓连接模型是螺纹简化版的有限元模型,采用六面体单元建立螺栓、螺母、垫圈和薄板的详细模型.忽略螺栓和螺母的螺纹,在Hypermesh软件中螺母与上垫圈、螺头与下垫圈、上垫圈与上薄板、下垫圈与下薄板之间的接触采用面-面接触模型模拟[5-7].预紧力的施加,取螺杆中部横截面插入PRETS179预紧力单元.为了便于观察螺栓螺杆内部因预紧力产生的应力分布,将有限元模型沿螺栓轴面切开,保留一半实体网格并对截面进行约束,以分析截面应力和螺杆应力分布情况,如图3所示.图2 实体螺栓连接整体模型图3 实体螺栓截面模型2.2 螺栓法兰连接模型考虑到单个螺栓连接虽然对研究螺栓内部应力分布情况具有较高的精确度和可信度,但是对由于螺栓连接施加拧紧力矩导致被连接件发生的局部变形,和由此产生的装配应力的分布情况并没有直接体现出来.在生产实际中,装配是一个至关重要的环节.而螺栓连接的广泛应用导致这一问题尤为突出.因此,搞清楚不同的装配过程所产生的装配应力的分布是很有必要的.图4所示为实际生产生活中广泛应用到的螺栓法兰连接结构:图4 螺栓法兰连接整体模型在该法兰连接结构中,上法兰和下法兰由6组圆周均布的M8螺栓连接.该实体模型与简化版的螺栓连接模型类似,是采用六面体solid185单元建立的螺栓、螺母、垫圈和法兰的详细模型.螺头与垫圈、垫圈与法兰、上法兰与下法兰的接触也采用面-面接触模型模拟.2.3 改造过的MPC法兰连接螺栓模型通过研究发现,由于螺栓预紧力的夹紧作用,在螺栓连接附近区域存在较大的应力分布,使得各零件紧密的连接在一起.针对这种情况,可以对实体螺栓法兰连接模型进行改造.删除预紧力单元,采用MPC法连接螺栓、螺母、垫圈以及法兰,如图5所示.并在垫圈下施加均布载荷.图5 MPC法兰螺栓连接模型材料参数的选取根据对热处理后的螺栓的最低要求,对于4.6级普通强度螺栓:屈服强度σy=392 MPa,屈强比值为0.6,ξu=10%;对于6.8级普通强度螺栓:屈服强度σy=588 MPa,屈强比值为0.8,ξu=10%。
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20 0 6年 1 O月
润 滑 与 密 封
L RI UB CAT1 0N ENGI NEERI NG
0c . 0 6 t2 0
第1 O期 ( 总第 12期 ) 8
N . 0 (e a N . 8 o 1 sr l o 1 2) i
Ab ta tT ihn s n y i meh d o otd fa g d c n e t nswi lsi s e swa sa ls e Re ad n sr c : hetg te s a a ss l to fb l n e o n ci t ea t wa h r se tb ih d. g r i g e l o h c
基 于螺 栓 一 兰连 接 紧密 性 理 论 的 弹性 垫 圈优 化 设 计 法
张 育 顾伯 勤 陈 晔 朱瑞松
江苏南京 20 0 ) 10 9
( 南京工业大学 机械 与动力工程学院
摘 要 :提 出 了带 有 弹性 垫 圈 的螺 栓一 法兰 连接 系统 紧 密性 分 析 方 法 ,并 以弹 性 垫 圈 的最 大 回弹 量 为优 化 目标 ,建 立 了优化 设 计 的数 学模 型 ,编 制 了设计 程 序 。采 用 该 方 法既 可 对 系统 进行 泄 漏 率定 量 预 测 ,亦 可依 据 最 大 允许 泄 漏 率 准 则 对 系统 进 行 紧密 性 设 计 。该 设计 方 法方 便 省 时 ,设 计 结果 合 理 。针 对某 厂 高 温换 热 器 设计 了螺 栓 . 兰连 接 用 弹性 垫 圈 , 法 解 决 了 密封 连接 系 统 由于 经 常开 停 车且 工 况 波动 较 大 而 引起 的 长期 严 重泄 漏 问题 。 关键 词 :螺 栓 ・ 兰连 接 ;弹性 垫 圈 ;优 化设 计 ;紧密 性 分析 法 中 图分 类 号 :T 05 8 文献 标 识 码 :A 文章 编 号 :05 0 5 (0 6 0—13—3 Q5.1 24— 10 20 )1 1
ma i m lwa l e k g ae B a so h smeh ,h p i a e in r s l c n be o t i e o v n e t .Th xmu a o b e la a e rt . y me n fti t o t e o t ld sg e u t a b a n d c n e i n l l d m y e ea t s h r s d i a x h n e r ig a lv td tmp r tr n a o t y rc b n pa twe ed sg e l i wa e u e n ahe te c a g rwo k n tee ae e eau i a mai h d o a o l n r e i d, s c s e n r c r n a d t e s v r e k p o lm a s d man yb tr a d so ft es se a d te u se dn s fte wo kn o d t n n h e ee la rb e c u e i l y sa tn tp o h y tm n h n t a ie so r ig c n ii s h o Wa ov d s tsa trl . s s le aifcoiy Ke wo d : otd f n e o n cin; l t s h r o tmu d sg ;ihn s ay i y r s b l a g d c n e to ea i wa e ; p i m e i tg t e s a l ss e l s c n n
eat ah r a epe itd,n h ihn s ei fteejit a era zd a crigt h re ao h l i w e cnb rdce a d tet tesd s o h s onsc n b e ie c odn o tec tr fte s c s s g n g l i i
Zh g Yu Gu Bo n Ch n Ye Zh io g an qi e u Rus n
( o eeo Mehncl n o e nier g N nigU i r t o eh o g , aj g i gu20 0 C ia C l g f cai dP w r g e n , aj n esy f c nl yN ni a s 10 9,hn ) l aa E n i n v i T o h l t ahr eot i tnojcv , em t m t oe f t u ei a h si c ant eo tee i w e a t pi z i bet et a e acm dlo o i m ds nw s el e u s a c s h s m ao i h h i rpm g