大口径法兰三维热力有限元分析

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国家标准GB150用于压力容器大型端盖法兰设计的计算误差分析

图３法兰与封头之间直筒节的有限元计算网格
（法兰局部）
Ｆｇ３ＦｎｔＥｅｎＮｅｏＣｏｕｅｅ（ａＦａｇ）ｉ．ｉｉｌｅｍｅｔｔｆｌｒＨａＰｒｏｌｅｓｄｔｆｎ
盖结构的有限元计算结果与Ｗａｒｔｓ法的结果较为ｅ接近；但当筒节较短时，二者的计算结果有很大不同。２２有限元网格的划分．本文采用ＭＳ．ＴＡ５ＣＰＲＮ［软件进行安全壳顶ＡＪ
例，说明采用Ｇ５Ｂ１０进行大法兰设计的局限性。关键词：压力容器；法兰；应力；规范法设计；分析法设计；Ｗａｅｓｔ文献标识码：Ａ
１前言压力容器的大型端盖经常采用整体法兰与椭
球封头拼接的结构。国家标准ＧＢ１０＇的容器［１１５２
的变形引起的相连接单元端部的附加弯矩、剪力等载荷。Ｂ对法兰的计算也只考虑了法兰与半无Ｇ１０５穷长的筒体连接的影响。因此，在容器的不同单元之间的连接处附近，这种计算有时会造成较大的应
力和变形误差。
法兰的锥段端部之间有一段直筒节，当这段直筒节很长时，接近于Ｗａｒ法的假设条件，安全壳顶ｔｓｅ
阻应变片实测的法兰锥颈小端外表面Ｍ点ｆ２）图
的轴向应力远大于由Ｇ１０Ｂ５计算的应力值。为此，对安全壳顶盖做了有限元应力计算，并按ＡＭＥＩ－Ｎ［的要求重新做了强度评价。Ｓ．Ｉ．Ｅ４Ｉ１１
上述安全壳顶盖的封头法兰，在椭球形封头与
收稿Ｅ期：２０－－５回日期：２０－－０ｌ０７４２；修００７０２７

换热器大开孔部位的有限元分析与安全评定

换热器大开孔部位的有限元分析与安全评定接管开孔的大小将直接影响到换热器的强度，有可能对设备安全性产生重要的影响。

对于一、三级冷凝冷却器(3127-E-102/3127-E-105)，前端管箱上的过程气入口，其公称直径为700mm，管箱筒体直径为1700mm。

GB150 “适用的开口范围”中规定“当圆筒内径D1＞1500mm时，开孔最大直径d≤1/3 D1，且d ≤1000mm。

”此处开孔不满足GB150规定的开孔要求，该开孔为大直径偏心孔，不能运用压力面积法和斜开孔等面积法进行补强计算，因此不能运用SW6-1998对其进行校核计算。

针对此处大开孔，应按照JB4732－1995《钢制压力容器—分析设计标准》进行分析校核。

本报告应用ANSYS有限元分析软件，建立了前端管箱及直径为700mm的过程气入口的三维有限元模型，并对其进行了有限元分析。

此报告作为一、三级冷凝冷却器(3127-E-102/3127-E-105)设计计算书的补充。

1、大开孔部位模型的建立前端管箱及开口接管的材料属性，参见表1，在设计温度下的许用应力强度为140MPa；前端管箱长1300mm，壁厚为16mm，开口接管壁厚为16mm，伸出长度距筒体中心线1150mm，开口位置偏移筒体中心线400mm；具体几何模型见图1。

表1主要材料特性材料名称Q245R材料密度ρ /kg·m-37850弹性模量E /Pa 2.1×1011泊松比μ0.3图1 大开孔部位几何模型2、大开孔部位有限元网格的划分选取SOLID45八节点实体单元进行网格划分，为了使计算结果精确，共划分单元128925个，节点43616个。

有限元模型见图2。

图2 大开孔部位有限元模型3、约束条件及载荷施加管箱筒体及其开口接管有限元模型的载荷边界条件如下：①筒体内表面、接管外伸端内表面施加0.25MPa 内压；②筒体左端端面施加内压产生的等效轴向力。

()()()MPa r r r P r r r P F i o i i i o i i p 6.621700217322170025.022*******=-⨯=-=-=πππ ③接管外伸端端面施加内压产生的等效轴向力。

承受外弯矩作用的法兰接头有限元分析

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万方数据
5:@D
承受外弯矩作用的法兰接头有限元分析
@%&7=8 "%37 7==;
作为研究对象，分析借助有限元软件 !"#$#。在有限元模型中，法兰环、连接壳体、螺栓都采用实体单元 #%&’()* 模拟。使用 +,-./012.3)4 单元模拟垫片的非线性行为，该单元由 !"#$# 自动生成，只考虑轴向力，忽略表面摩擦力。螺母与法兰表面之间采用也忽略摩擦力。 5%,-12-364 接触单元模拟，
［;］由于 :@A5 实验所用传感片的宽度仅为 3786
而垫片宽度为 7384 II，所以传感片只能测量 II，垫圈外周边部分面积上的接触应力，如图 ; 所示。
图3 垫片的应力—应变曲线
法兰受拉侧（图 ; 上半部 :@A5 的外弯矩实验表明，分）对应的垫片应力在外弯矩的作用下急剧降低，因此，认定当垫片应力低于内压时，法兰表面和垫片表面完全分离，此时将产生大量泄漏。另外，
［4］所做的数值分析也证实了上述结论，并 F%JK’(8 ! 将外弯矩作用下的垫片分为压紧和回弹两部分，受
ｗｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃｏｍ
图7 法兰接头的有限元模型
压侧法兰对应的垫片被重新压紧，即垫片应力增加，而受拉侧法兰对应的垫片产生回弹，即垫片应力减小。故需分别研究每一部分的紧密性，结果表明，合理控制垫片最低应力的分布能够保证接头的紧密行计算，以避免整个垫片上较高的平均应力值掩盖接头真实的泄漏行为。
ｗｗｗ．ｂｚｆｘｗ．ｃｏｍ
螺栓法兰接头广泛用于管道连接，除受压力载荷外，通常还承受其它外载荷，如风载荷、地震载荷、附加管道应力等，当这些载荷达到一定数值时，将引起连接泄漏。因此，研究承受外载荷的螺栓法兰接头已成为密封研究领域的一个新热点。在求解外载荷作用下的螺栓法兰连接问题时，由于其材料特性和外部载荷的不规则性，求其解析解较为繁复。通常寻求近似解，其中有限元法是解决螺栓法兰接头复杂问题既经济又有效的办法。本文采用三维有限元方法，考虑垫片的非线性特性，模拟计算法兰、螺栓、垫片三者之间地相互作用，以及外弯矩对接头性能的影响，以有效地评价法兰接头的紧密性。

法兰有限元分析1

法兰有限元分析1.1 下法兰计算模型下法兰卡紧方式是通过卡箍将产品法兰与加压端法兰卡紧。

通过适当简化，成立如图1所示计算模型。

图1 下法兰计算模型简图在产品法兰上端面施加全位移约束fix-all；在加压端法兰内表面施加压力F。

1.2 下法兰分析结果在t1100压力作用下，产品法兰，加压端法兰和卡箍的应力散布情形别离如图2，图3，图4所示。

从以下图能够看出产品法兰等效应力的最大值为MPa423，位于Φ199通6.孔最薄弱处（如图上Max标示处）；最大主应力的最大值为MPa456，位于Φ5.199通孔边的R100圆弧上（如图下左Max标示处）；最大剪应力为MPa184，8.位于Φ199通孔最薄弱处（如图下右Max标示处）。

图2 产品法兰应力散布图（MPa）从图3上看，加压端法兰等效应力的最大值位于面上那6个黄点上，但那是由于接触引发的局部应力集中，不予考虑，实际等效应力最大值位置位于中心Φ50通孔上，最大值为MPa452，一样位于9.4.337，最大主应力的最大值为MPaΦ50通孔上（如图右Max标示处）。

图3 加压端法兰应力散布图（MPa ）卡箍应力散布如图4所示。

其等效应力的最大值位置如图左Max 标示处，最大值为MPa 4.278；最大主应力的最大值位置如图右Max 标示处，最大值为MPa 1.292。

图4 卡箍应力散布图卡箍的变形用其位移量散布图来表示，卡箍Y 向与Z 向位移量散布如图5。

由图看出卡箍在整个装配中向外位移了mm 901.2，自身向外拉伸了mm mm mm 297.3)396.0(901.2=--。

卡箍在整个装配中轴向位移了mm 048.3，卡箍自身轴向拉伸了mm mm 651.2)863.2(212.0=---。

图5 卡箍位移量散布图（变形成效夸张100倍时成效图）2.上法兰卡抓计算2.1 上法兰卡抓计算模型上法兰卡紧方式是通过卡抓将产品法兰与加压端法兰卡紧。

6瓣卡抓均匀散布在加压端法兰的卡槽里，为了简化计算，取其中1个采纳周期对称分析。

螺栓法兰接头瞬态温度三维有限元分析

（ｏｅｅｏＭｅｈｎａ＆ＥｅｔｎｃＥ￣ｅｎｇＣｉａＵｉｒｔｏＰｔｌｍ，ｏｇｉｇＳａｄｎ５０，ｈｎ）Ｃｌｇｆｃａｉｌｌｃｌｒｉｎｎｅｎ，ｈｎｖｓｙｆｅｏｕＤｎｙｈｎｏｇ７６Ｃｉｃｏｎｅｉｒｅｎ２１ａ
ｔｅｎｎｉｅｒｔｆｔｅｇｓｅｎｈｏｔｃｒｂｅ，ｈｎｅｔｎｏｅｔａｓｅｔｔｍｐｒｔｒｅｄｏｈａｋｔｎｈｈｏｌａｉｏｈａｋｔａｄｔｅｃｎａｔｐｏｌｍｔｅｉｆｃｉｆｔｒｎｉｎｅｅａｕｅｆｌｎｔｅｇｓｅｄｔｅｎｙｏｈｉａｂｌｌａｉｇｗｓｓｕｉｄＩｉｄｃｔｓｔａｕｏｔｅｉｅｔｎｏｒｎｉｎｅｅａｕｅｆｌｔｅｃａｇｆｔｅｂｌｌａｉｇｏｔｏｄｎａｔｄｅ．ｔｎｉａｅｈｔｄｅｔｈｎｃｉｆｔａｓｅｔｔｍｐｒｔｒｅｄ，ｈｈｎｅｏｏｔｏｄｎｆｏｉｈｉｅｉｄｔａｆｔｅｇｓｅｉｈｉｃｅｓｓａｏｇｗｉｈｔｅｒｓｓｏｎｒｌｙｒｔｍｐｒｔｒ．ｈｏｄｎｆｔｅｏｔｏｒａ — ｓｂｈｎｈｔｏａｋｔｈｗｈｃｎｒａｅｌｎｔｈｅｆｎｅｅｉｉａｅｅａｕｅＴｅｌａｉｇｏｕｂａｄｇｓｈｋｔｆｓｓｓｔｅｅｃｎｓｅｒｔｒｅｈｎｄｓｅｄ．ｉｉＫｅｗｏｄ：ｒｎｉｎｅｅａｕｅｇｋｔｎｎｉｅｒｔｂｌｄｆｎｅ；ｎｔｌｍｅｔａａｙｉｙｒｓｔａｓｅｔｔｍｐｒｔｒ；ａｅｏｌｎａｉｓｙ；ｏｔａｇｆｉｅｅｎｎｌｓｓｅｌｉｅ

有限元分析最新法兰算例

题目：成都石化设计院用于某容器上的带增强法兰的球封头，结构尺寸如图，工作载荷为内压0.8Mpa ，螺栓载荷为535574N ，材料为20R 。

请按照分析设计的要求分析该结构在上述工况下操作时的各类应力并进行强度校核。

一、载荷分析 1.用户数据根据设计图，计算基础数据如下：2.结构参数以下所有厚度均为有效厚度，长度单位：mm中心接管参数图1: 带增强法兰的椭圆封头-中心接管参数示意图封头参数图2: 带增强法兰的椭圆封头-封头参数示意图法兰参数图3: 带增强法兰的椭圆封头-法兰参数示意图3.材料参数4.载荷条件接管端面已自动施加由内外压差引起的边界等效压力。

二、结构分析根据法兰结构特点，应进行带增强法兰的椭圆封头的应力分析，建立力学模型如下：(1)力学模型根据带增强法兰的椭圆封头的结构特点和载荷特性，采用了三维力学模型。

图4: 带增强法兰的椭圆封头网格图(2)边界条件位移边界条件图5: 带增强法兰的椭圆封头X方向约束图6: 带增强法兰的椭圆封头Y方向约束图7: 带增强法兰的椭圆封头Z方向约束力边界条件参见“载荷分析”。

(3)单元选择网格剖分采用8节点六面体单元和6节点三棱柱单元。

三、应力分析结果图8: 带增强法兰的椭圆封头变形图及σp3应力分布图四、强度评定图9: 第1条分析路径局部图第1条分析路径(内节点2917, 外节点883)总体薄膜应力强度：S I = 29.53 < KS m t= 144.20MPa薄膜加弯曲应力强度：S III = 35.39 < 1.5KS m t= 216.30MPa 一次加二次应力强度：S IV = 35.39 < 3.0KS m t= 432.60MPa图10: 第2条分析路径局部图第2条分析路径(内节点572, 外节点673)局部薄膜应力强度：S II = 37.27 < 1.5KS m t= 186.90MPa薄膜加弯曲应力强度：S III = 37.27 < 1.5KS m t= 186.90MPa 一次加二次应力强度：S IV = 42.18 < 3.0KS m t= 373.80MPa图11: 第3条分析路径局部图第3条分析路径(内节点3573, 外节点3600)总体薄膜应力强度：S I = 5.92 < KS m t= 124.60MPa薄膜加弯曲应力强度：S III = 6.59 < 1.5KS m t= 186.90MPa 一次加二次应力强度：S IV = 6.59 < 3.0KS m t= 373.80MPa图12: 第4条分析路径局部图第4条分析路径(内节点4676, 外节点677)局部薄膜应力强度：S II = 13.06 < 1.5KS m t= 171.90MPa薄膜加弯曲应力强度：S III = 13.06 < 1.5KS m t= 171.90MPa 一次加二次应力强度：S IV = 25.13 < 3.0KS m t= 343.80MPa 该容器强度校核合格。

ANSYS法兰结构有限元分析

ANSYS 法兰结构有限元分析目录简介： ............................................................................................................... 1 附件 ANSYS 法兰结构有限元分析APDL 命令流 (3)简介：应用ansys 软件，建立法兰螺栓结构的有限元模型，考虑接触问题。

附件为完整的ANSYS 软件APDL 命令流。

图1 结果截图1——整体MNMXX Y Z199.571264.311329.051393.791SEP 18 201722:34:32图2 结果截图2——法兰图3 结果截图3——垫片MNMXX YZ70.0903134.83199.571264.311329.051393.791458.531SEP 18 2017MNMXXYZ122.281173.027223.772274.518325.263376.009426.755SEP 18 2017图4 结果截图4——螺栓附件 ANSYS 法兰结构有限元分析APDL 命令流finish /clear /prep7 *AFUN,DEG参数定义 F_B=78.6 !法兰内径 F_OD=116.01 !垫环外径 A=12.4 !垫环宽度 H=12.4 !垫环高度MNMXX YZ44.354381.1209117.887154.654191.421228.187264.954SEP 18 2017C=10.64 !平面宽度E=7.54 !槽深度N=15.39 !槽宽度F_K=152 !凸面外径QB=5 !凸台高度 (待定，没找到)FF_OD=270 !法兰外径T=59 !法兰厚度F_J1=142 !轮廓大径F_J2=110.2 !轮廓小径J3=63.5 !轮廓长度L=100 !管长R=10 !圆角半径BC=215.9 !螺栓圆直径LSKD=29 !螺栓孔直径LSD=25.4 !螺栓直径LSSB=170 !螺栓长度LMGD=20 !六角螺母高度 (待定，没找到) LMZJ=50 !六角螺母外接圆直径 (待定，没找到)FORC_BOLT_1=80e3 !螺栓预紧力1FORC_BOLT_2=80e3 !螺栓预紧力2FORC_BOLT_3=80e3 !螺栓预紧力3FORC_BOLT_4=80e3 !螺栓预紧力4FORC_BOLT_5=80e3 !螺栓预紧力5FORC_BOLT_6=80e3 !螺栓预紧力6FORC_BOLT_7=80e3 !螺栓预紧力7FORC_BOLT_8=80e3 !螺栓预紧力8pre=50 !内压DIS=H/2-(N/2-A/2)/TAN(23)-(A/2-C/2)/TAN(23) !法兰凸面端面与对称面的距离（导出变量，不需修改）G=119 !槽外径 !此变量没用上单元选择et,1,185材料属性mp,ex,1,2.1e5mp,prxy,1,0.29mp,ex,2,2.06e5mp,prxy,2,0.29TB,BISO,2,1,2TBTEMP,0TBDATA,,235,2.06e4mp,ex,3,2.1e5mp,prxy,3,0.3建模k,,F_B/2k,,F_OD/2-A/2-N/2k,,F_OD/2-A/2-N/2+E*tan(23),-E k,,F_OD/2-A/2+N/2-E*tan(23),-E k,,F_OD/2-A/2+N/2k,,F_K/2k,,F_K/2,-QBk,,FF_OD/2,-QBk,,FF_OD/2,-Tk,,F_J1/2,-Tk,,F_J2/2,-T-J3k,,F_J2/2,-T-J3-Lk,,F_B/2,-T-J3-La,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13 adele,1,,,0lfillt,9,10,Ral,allwpoff,F_OD/2-A/2csys,4k,,k,,A/2k,,,-H/2k,,C/2,-H/2k,,A/2,-H/2+(A/2-C/2)/TAN(23) a,16,17,20,19,18arsym,x,2wpcsys,-1,0csys,0nummrg,allnumcmp,allagen,,1,,,,-DIS,,,,1l,7,14asbl,1,24lwplan,-1,6,1wprota,,,45asbw,5wpcsys,-1,0k,,k,,,-100vrota,all,,,,,,26,25,360/8/2,1wprota,,-90wpoff,BC/2cylind,0,LSD/2,0,-LSSB/2,0,180 cylind,0,LSKD/2,0,-LSSB/2,0,180 RPR4,6,0,0,LMZJ/2,0,-(DIS+T+LMGD) wpcsys,-1,0vsbw,8vdele,10,,,1vovlap,9,4,6,7vdele,13,,,1vdele,15,,,1vdele,17,,,1vdele,14,,,1nummrg,allnumcmp,all材料分配vsel,s,,,1vsel,a,,,4vsel,a,,,11,12,1vatt,1vsel,s,,,2,3,1vatt,2vsel,s,,,5,10,1vatt,3allsel,all分网et,2,63lesize, 32.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 33.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 34.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 35.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 36.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 37.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 38.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 44.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 45.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 46.0,,, 10.0,,,,,0lesize, 47.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 48.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 53.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 54.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 55.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 68.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 69.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 70.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 71.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 72.0,,, 10.0,,,,,0 lesize, 73.0,,, 10.0,,,,,0asel,s,,, 2.0asel,a,,, 3.0asel,a,,, 5.0aesize,all,1.5amesh,allasel,s,,, 1aesize,all,4.5amesh,allallsel,allvsweep,3vsweep,2vsweep,4vsweep,1esize,4.5 vsweep,12 vsweep,11 vsweep,10 vsweep,9 vsweep,8 vsweep,5 vsweep,7 vsweep,6 aclear,all etdele,2 nummrg,all numcmp,all vsymm,y,all nummrg,all numcmp,allvsymm,z,all nummrg,all numcmp,allcsys,5vgen,8,all,,,,360/8 nummrg,all numcmp,all/prep7建立螺栓预紧单元vsel,s,,,6,7,1$vsel,a,,,18,19,1$vsel,a,,,30,31,1$vsel,a,,,42,43,1 eslv,spsmesh,1,bolt1,,all,,0,y,0,,,,bolt_1vsel,s,,, 342.0vsel,a,,, 343.0vsel,a,,, 354.0vsel,a,,, 355.0vsel,a,,, 366.0vsel,a,,, 367.0vsel,a,,, 378.0vsel,a,,, 379.0eslv,spsmesh,2,bolt2,,all,,0,y,0,,,,bolt_2vsel,s,,, 294.0vsel,a,,, 295.0vsel,a,,, 306.0vsel,a,,, 307.0vsel,a,,, 318.0vsel,a,,, 319.0vsel,a,,, 330.0vsel,a,,, 331.0eslv,spsmesh,3,bolt3,,all,,0,y,0,,,,bolt_3vsel,s,,, 246.0vsel,a,,, 247.0vsel,a,,, 258.0vsel,a,,, 259.0vsel,a,,, 270.0vsel,a,,, 271.0vsel,a,,, 282.0vsel,a,,, 283.0eslv,spsmesh,4,bolt4,,all,,0,y,0,,,,bolt_4vsel,s,,, 198.0vsel,a,,, 199.0vsel,a,,, 210.0vsel,a,,, 211.0vsel,a,,, 222.0vsel,a,,, 223.0vsel,a,,, 234.0vsel,a,,, 235.0eslv,spsmesh,5,bolt5,,all,,0,y,0,,,,bolt_5vsel,s,,, 150.0vsel,a,,, 151.0vsel,a,,, 162.0vsel,a,,, 163.0vsel,a,,, 174.0vsel,a,,, 175.0vsel,a,,, 186.0vsel,a,,, 187.0eslv,spsmesh,6,bolt6,,all,,0,y,0,,,,bolt_6vsel,s,,, 102.0vsel,a,,, 103.0vsel,a,,, 114.0vsel,a,,, 115.0vsel,a,,, 126.0vsel,a,,, 127.0vsel,a,,, 138.0vsel,a,,, 139.0eslv,spsmesh,7,bolt7,,all,,0,y,0,,,,bolt_7vsel,s,,, 54.0vsel,a,,, 55.0vsel,a,,, 66.0vsel,a,,, 67.0vsel,a,,, 78.0vsel,a,,, 79.0vsel,a,,, 90.0vsel,a,,, 91.0eslv,spsmesh,8,bolt8,,all,,0,y,0,,,,bolt_8 allsel,all/prep7创建接触1et,3,conta174 et,4,targe170 keyopt,3,9,0r,1asel,s,,, 27.0 asel,a,,, 164.0 asel,a,,, 270.0 asel,a,,, 407.0 asel,a,,, 506.0 asel,a,,, 643.0 asel,a,,, 742.0 asel,a,,, 879.0 asel,a,,, 978.0 asel,a,,, 1115.0 asel,a,,, 1214.0 asel,a,,, 1351.0 asel,a,,, 1450.0 asel,a,,, 1587.0 asel,a,,, 1683.0 asel,a,,, 1813.0type,4real,1nsla,s,1esln,s,0esurf,all allsel,allasel,s,,, 20.0 asel,a,,, 159.0 asel,a,,, 264.0 asel,a,,, 403.0 asel,a,,, 500.0 asel,a,,, 639.0 asel,a,,, 736.0 asel,a,,, 875.0 asel,a,,, 972.0 asel,a,,, 1111.0 asel,a,,, 1208.0 asel,a,,, 1347.0 asel,a,,, 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1740.0asel,a,,, 1852.0type,9real,4nsla,s,1esln,s,0esurf,allallsel,allFINISH/prep7csys,0约束!csys,0!asel,s,loc,y,-(dis+T+j3+L) !nsla,s,1!csys,5!nrota,all!d,all,uy!d,all,uz!allsel,all!csys,0/SOL !进入求解处理器ALLSELLSCLEAR,ALL !清空所有载荷NROPT,FULL !激活完全NEWTON-RAPHSONPRED,ON !打开变形预测LNSRCH,ON !激活线性搜索ANTYPE,0 !静态分析AUTOTS,1 !自动时间步长NSUBST,25,100,1 !设置载荷步OUTRES,ALL,ALL !输出所有结果EQSLV,PCG,1E-8 !采用PCG算法，对于大模型接触算法很有效约束csys,0asel,s,loc,y,-(dis+T+j3+L)da,all,allallsel,all加载螺栓预紧力SLOAD,1,PL01,LOCK,FORC,FORC_BOLT_1,1,2 !在螺栓中施加螺栓预紧SLOAD,2,PL01,LOCK,FORC,FORC_BOLT_2,1,2 !在螺栓中施加螺栓预紧SLOAD,3,PL01,LOCK,FORC,FORC_BOLT_3,1,2 !在螺栓中施加螺栓预紧SLOAD,4,PL01,LOCK,FORC,FORC_BOLT_4,1,2 !在螺栓中施加螺栓预紧SLOAD,5,PL01,LOCK,FORC,FORC_BOLT_5,1,2 !在螺栓中施加螺栓预紧SLOAD,6,PL01,LOCK,FORC,FORC_BOLT_6,1,2 !在螺栓中施加螺栓预紧SLOAD,7,PL01,LOCK,FORC,FORC_BOLT_7,1,2 !在螺栓中施加螺栓预紧SLOAD,8,PL01,LOCK,FORC,FORC_BOLT_8,1,2 !在螺栓中施加螺栓预紧!第一载荷步中施加载荷大小为FORC_BOLT的预紧力，在第二个载荷步中锁住其位移，最终产生预紧效果TIME,10 !设置时间步长为10ALLSELLSWRITE,1 !写出第一个载荷步文件TIME,20 !设置时间步至20LSWRITE,2 !写出第二个载荷步文件!对容器壁施加内压csys,5asel,s,loc,x,F_B/2asel,a,,, 26.0asel,a,,, 94.0asel,a,,, 163.0asel,a,,, 214.0asel,a,,, 269.0asel,a,,, 340.0asel,a,,, 406.0asel,a,,, 452.0asel,a,,, 505.0asel,a,,, 576.0asel,a,,, 642.0asel,a,,, 688.0asel,a,,, 741.0asel,a,,, 812.0asel,a,,, 878.0asel,a,,, 924.0asel,a,,, 977.0asel,a,,, 1048.0asel,a,,, 1114.0asel,a,,, 1160.0asel,a,,, 1213.0asel,a,,, 1284.0asel,a,,, 1350.0asel,a,,, 1396.0asel,a,,, 1449.0asel,a,,, 1520.0asel,a,,, 1586.0asel,a,,, 1632.0asel,a,,, 1682.0asel,a,,, 1748.0asel,a,,, 1812.0asel,a,,, 1858.0csys,0sfa,all,,pres,preallsel,allpre_1=-pre*(F_B/2)**2/((F_J2/2)**2-(F_B/2)**2) asel,s,loc,y,(dis+T+j3+L)sfa,all,,pres,pre_1allsel,allALLSELTIME,30 !设置时间步至30 LSWRITE,3 !写出第三个载荷步文件LSSOLVE,1,3,1 !计算载荷步1-3。

特殊形状法兰的有限元分析

特殊形状法兰的有限元分析李春涛;徐福胜;周伟光【摘要】本文重点讲述在进行特殊形状法兰的有限元分析时,如何参照华特斯法进行加栽以及如何进行应力评定.【期刊名称】《中国新技术新产品》【年(卷),期】2011(000)005【总页数】1页(P4)【关键词】法兰;有限元分析;华特斯法【作者】李春涛;徐福胜;周伟光【作者单位】中航黎明锦西化工机械(集团)有限责任公司,辽宁葫芦岛125001;中航黎明锦西化工机械(集团)有限责任公司,辽宁葫芦岛125001;中航黎明锦西化工机械(集团)有限责任公司,辽宁葫芦岛125001【正文语种】中文【中图分类】TH13压力容器法兰的设计方法中最有代表性的是华特斯法，长期大量实践证明按该法设计的法兰一般情况下能得到较满意的使用效果，为此被国内外许多压力容器标准所采用。

标准JB4732-1995(2005年确认)（以下简称JB4732）附录D中给出的设计方法即为华特斯法。

华特斯法兰设计方法属于应力分析中的解析法，因此JB4732规定，当载荷、形状、材料、边界条件等符合华特斯法时，法兰的应力分析可以免除。

但对于一些特殊形状的法兰，无法免除应力分析，此时，参照华特斯法施加载荷，并借助有限元进行应力分析，不失为一种简单而有效的方法。

图1给出了几种特殊形状的法兰。

根据华特斯法，螺栓法兰联接设计包括：a）确定垫片材料、型式及尺寸；b）确定螺栓材料、规格及数量；c）确定法兰材料、密封面型式及结构尺寸；d）进行法兰应力计算并对应力进行校核。

相应地，参照华特斯法，对法兰进行有限元分析分为如下五个步骤。

a）垫片的设计以及垫片压紧力的确定垫片的设计是整个法兰联接设计的基础。

对于给定的设计条件（介质种类、设计压力、设计温度、公称直径）可供选择的垫片材料可能是多种多样的。

选用不同垫片材料及采用不同的垫片内径和宽度对整个法兰联接设计结果有较大的影响，设计者对于此步骤应给予高度的重视，但由于本文的重点不在于此，因此不再赘述，后续的论述将以垫片已选定作为前提。

基于有限元的法兰设计优化

基于有限元的法兰设计优化作者：张三春付春刘辉徐玉波来源：《科技创新导报》2017年第01期摘要：针对复合横担中的支柱绝缘子在运行中主要受弯曲力和压力的特点，并结合支柱绝缘子的抗弯试验结果，对其进行有限元计算，并对法兰结构进行优化分析，得出优化结果，更新法兰设计。

计算结果表明，法兰设计裕度较大，通过优化，其质量只有优化前的48.9%，节省了成本并减轻了横担重量。

关键词：支柱复合绝缘子法兰优化复合横担中图分类号：TH703 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）01（a）-0080-02支柱绝缘子作为组成复合横担结构的支撑元件，其承载力和重量是设计中重要考虑的因素。

目前对于高电压等级复合横担中的支柱绝缘子，其连接形式主要通过法兰与其他结构相连。

法兰结构的设计对于支柱绝缘子的受力及电气性能都有着重要影响，法兰的胶装高度、壁厚，加强筋的高度、数量及厚度都是影响其承载力和重量的重要因素。

根据现有支柱绝缘子结构及抗弯试验结果，该文建立支柱绝缘子模型并对其进行受力分析，最后对法兰结构进行优化，得出优化结果和相关结论，为法兰的设计提供依据。

1 横担结构与试验结果1.1 横担与试品结构该次试验取自国家电网公司科技项目“110kV220kV输电线路复合横担工程应用研究”220kV复合横担中的支柱绝缘子，主要由支柱绝缘子和拉索通过法兰及连接件连接后与塔身相连，支柱绝缘子主要由法兰、纤维增强复合材料绝缘筒（简称绝缘筒）和伞裙组成，绝缘筒与法兰之间通过胶黏剂粘结。

1.2 支柱复合绝缘子抗弯试验结果对支柱绝缘子进行抗弯试验，一端通过螺栓固定在抗弯试验机上，另一端加载竖直方向的力，当力的值达到12.8 kN时，开始有声响，破坏现象为绝缘筒拔出，法兰完好无损，当力加载到37.18 kN，法兰破坏。

2 有限元分析及法兰优化2.1 有限元分析根据绝缘筒拔出时另一端法兰上加载的力，通过力矩等效到模型中固定端法兰上，对模型进行非线性分析，得到绝缘筒拔出时，胶黏剂上的最大应力32.5 MPa，已超出许用应力值25 MPa。

某法兰盘有限元分析报告

法兰盘有限元分析报告姓名：学号：学院：机械学院法兰盘有限元分析报告一，总述本报告依托于。

，针对一个法兰盘，运用Hypermesh9.0进行有限元分析前处理，并用软件自带的RADIOSS求解器进行求解分析确定法兰盘的设计尺寸。

二，研究背景某自卸车转向节设计：转向节的结构形式如下图所示：本报告针对的是上图标号为10转向节的法兰盘进行设计。

充分考虑到自卸车的工况，进行力学分析，得出此法兰盘的应力分布情况，进而确定此法兰盘的结构及尺寸（主要是法兰的厚度设计）。

具体做法是：首先通过UG建模，然后导入Hypermesh9.0进行画网格，并用RADIOSS 进行求解应力分布，获取完全满足材料的屈服极限及疲劳强度的结构。

最终结构及设计尺寸如下模型所示，分析证明这种结构完全满足了自卸车转向节的力学性能且材料经济性。

三，模型的建立1，UG建模法兰盘的厚度是本报告最主要的设计尺寸。

根据经验和同型号其他车型的设计尺寸，初取法兰盘厚度为30mm，在UG中建模如下图所示。

2，画网格将上述UG模型导入到Hypermesh9.0中进行有限元分析前处理，选用五面体和六面体实体网格，画网格后如下图所示3，设置材料参数定义材料属性：弹性模量E=2.1×105 Mpa，泊松比μ=0.3，设置对话框如下图所示4，施加载荷与约束根据法兰盘的受力情况：受到周向力矩，将其装化成沿周向的切向力，故在8个安装孔中心处施加8个大小相等的周向力153KN；在安装面φ400mm上被压紧，没有位移，故在φ400mm上添加约束。

加载后如下图所示：三，计算结果使用RADIOSS求解器求解法兰盘的应力与应变云图如下图所示：应变云图应力云图附，计算结果运行时间四，计算结果分析根据计算结果对比厚度为30mm ，25mm ，20mm 三种情况的应力与应变分布情况，综合考虑力学性能和经济性，选择厚度尺寸为25mm 。

根据上表可知，厚度为25mm 时，最大变形量为0.05mm ，最大应力为98.47MPa 。

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图１法兰温度场等值线向比较均匀，间部位温度相对比两侧略高，中这
是由螺栓温度场的影响所致，片温度沿周向温垫
Ｐ１８５ａ３．ＭＰ。法兰各部位的传热模型及边界条件按照文献［，］１２建立。
ＴＲ９Ｅ１４单元模拟；栓与螺母采用ＣＮＡ７螺ＯＴ１４
面接触单元和ＴＲ１０目标面单元模拟；ＡＧ７螺栓力使用预应力ＰＥＳ７ＲＴ１９单元进行加载。边界条件为周期性对称且假设下筒体在ｚ方向固定，上筒体端面自由。通过预紧单元给螺栓施加预紧载荷，紧应力参考Ｇ１０计算求得，预Ｂ５
图１为法兰整体温度场云图。由图１可知，法兰温度分布趋势由内到外逐步下降，近法兰靠
周先军，，９１年２月生，教授。山东省东营市，５０１男１７副２７６。
５２８
化
工
机
械
５．０２６１３
５５．３２７２
图６螺栓中分面径向温度分布
图２垫片温度场
５０３４６．２５０２６．３５５０１６．４７５００９６．５５９９５．９ｌ
２２结构－合场数值计算及结果分析．热耦
系统预紧后承受４０ａ的内压且温度达到．ＭＰ稳态后，片应力分布如图７所示。垫片热力耦垫合后，所受的最大应力为１．Ｍａ最小应力为４５Ｐ，７８ａ与常温工况相比，片所受的最大应．ＭＰ；垫力有所减小，小应力有所增加，就是说垫片最也 “ 紧内松 ” 外的趋势有所缓和，总体应力水平降在
偏转量变化对其影响较大。
关键词法兰热力耦合中图分类号ＴＯＯ３Ｑ５．
有限元分析文献标识码Ａ文章编号０５－０４２Ｌ）５ｏ８－２４６９（ＯＯｏ－５１４０
设备及管道连接法兰在工作时，由于热应力的影响会引起螺栓法兰连接各部分应力的再变化，而这种变化有可能造成密封失效并导致泄漏
兰的偏转程度有所减轻，片应力以及应力分布的不均匀性有所降低；垫内压的波动会引起垫片应力的降
低而且随着压力波动幅度的增加垫片应力降幅也越大；栓内外侧应力变化情况相对比较复杂，兰的螺法
内壁处温度较高，螺栓孔圆周的温度呈递减趋沿
势但分布不均匀。法兰结合面处的温度自垫片处
开始明显递减但幅度比法兰的上下端面的低。
事故的发生。笔者利用大口径法兰的传热模型进行有限元分析，到高温大口径法兰的温度场分得布，然后进行结构－耦合场三维模拟，析耦合热分
第３７卷
第５期
化
工机
械
５ｌ８
大口径法兰三维热力有限元分析
周先军
（中国石油大学）
陈安军
（石化西南油气分公司管具中心）中
王庆
（国石油大学）中
摘
要
对大口径法兰进行了三雏有限元热力分析，究发现由于温度场的作用螺栓应力有所增加、研法
２结果分析
差只有１ ℃左右（３，片温度沿径向非线性图）垫递减，、侧有ｌ ℃左右的温差（４。由图５内外２图）
２１稳态温度场分析
可见，螺栓在法兰孔内中间部分温度较高，向两端逐渐降低。由图６可看到，向温度由于受空气径环层等多方面影响，呈非线性减小趋势。
单位：Ｋ
４６６５５８５５００５４２５８．０８．０２０．０２２．１４．０１６４０４６２２９．０５５４２１．０５．０１３４６５３．１５８Ｏ５３００７．０
５．６２６０５
５．２２６０８５．９１２５９
２１００年
嚣２５．８０８５
霸２５８３５．４
５．０２５８６
５．６２５７９
５．５２５９４
单位：Ｋ
５５．３５２．５９４６６４５５４５８４９６．６４６．７５．９７１４３５．４５３．５５．７１６０９３６９７６６９５９９８５３０６．６７．００
场作用下法兰、栓和垫片的应力变化情况，螺为解
决法兰泄漏问题提供指导。
１有限元模型的建立
有限元模型选用Ｐ４．ＭＰ、Ｎ１５０ｍ Ⅳ ０ａＤ０ｍ
（ＢＴ７０２０）Ｊ／４０ —００的压力容器长颈对焊法兰。螺栓、兰选用Ｓｌ９法ｏｉ５单元模拟；片采用Ｉ．ｄ垫Ｎ