法兰有限元分析1

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基于有限元的法兰接头强度特性分析

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｌａｎｇｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｉｓｏｆｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｓｅａｌａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｈｕｓｉｔｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｅ－
Ｍｉｓｅｓｓｔｒｅｓｓ，ｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ｗｈｅｎｔｈｅｐｒｅ — ｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇｆｏｒｃｅｉｓｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎ１４０ｋＮ，ｐｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａ — ｔｉｏｎｏｃｃｕｒｓｎｅａｒｔｈｅｂｏｌｔｈｏｌｅｏｆｌｆａｎｇｅｐｌａｔｅ．Ｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｓｔｒｅｓｓｏｆｌａｆｎｇｅｆａｃｅｉｎｔｈｅｐｒｅ — ｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇｓｔａｔｅｉｓｇｒｅａｔｅｒ
ｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅＦＥＭｐｒｉｎｃｉｐｌｅ．ＡｎａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｓｔｒｅｓｓａｎｄｓｔｒａｉｎｏｆｌａｆｎｇｅｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅＦＥＭｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｂｏｌｔ ’ Ｓｐｒｅ－ｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇｆｏｒｃｅａｎｄｍｅｄｉｕｍｐｒｅｓｓｕｒｅｏｎｔｈｅｌａｆｎｇｅｓｔｒｅｓｓ，ｓｔｒａｉｎａｎｄｓｅａｌ — ａｂｉｌｉｔｙｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｇｒｅａｔｅｒｔｈｅｂｏｌｔ ’ Ｓｐｒｅ — ｔｉｇｈｔｅｎｉｎｇｆｏｒｃｅ，ｔｈｅｂｉｇｇｅｒｔｈｅｌａｆｎｇｅ’ ＳＶｏｎ

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。

带增强法兰的球封头载荷分析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法兰参数图3:带增强法兰的椭圆封头-法兰参数示意图外直径di960 内直径d2 780 厚度t 66 螺栓数目24 螺栓中心圆直径d3 915 螺栓孔直径d4 27 垫片内直径d5 800 垫片外直径d6 866 倒角内半径r1 40 倒角外半径r215材料参数部位材料弹性模量 (MPa) 泊松比比重 (g/cm ) S m (MPa)t接管碳素钢锻件 20190200 0.3 7.84 3 124.6 封头碳素钢钢板 20R 194600 0.3 7.824 144.2 法兰碳素钢钢板 20R1902000.37.84114.6载荷条件内压(MPa)0.8螺栓力(N) 535574 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节.口总00091000Q00H«no.ooMon000(40)0OCCrHJOO 0EEt44mfl OOa+DM血伽OCOeHnOQQQe^WenorHnnnovtdoo■3 00a4«MflOCtHHOOOO H WDQCXnflMOEUrtffiEOCfia^™OoOc^POOXIJOOOQHOKiaflOrtujoOKftOOOOO^tOOOOIMb^W□ (Kr-KTO0£Xfe4QOOS0k*lflJDowxwo0Kr*«COQC^nKXBOWHODCQUlXlJOOOCc*{M0DIHrtOOCi00^*000ojnrxinDDOr'HKEI□OC HT KIJOOffl>*aoO图5:带增强法兰的椭圆封头X方向约束OnOHOQO^H:-■:I —111 -厂-'I「PI・OOQr^nol□ OLf "J：D ODlr*JDO JOOTtafOOO^-□OOMKKI o込希ioPQDZJQDJO .f*JJO磁砒one*aoDOXrtWOotr* 曲ioOOCmJjO图6:带增强法兰的椭圆封头丫方向约束JdJK U节貞血•OOte+COG0GOHWB tltJ>+€rt)dOOd-HNOOCCHOff)力如姻OCOtrHMO0EDe4«D 皿咄MOOQKXnUDOHWO皿畑QCQl^QQOLUrtWOQOOa^nO 000*4000CiCbrHMOQQDrKmOCOa-iOnOOfriMW0 009^X)0 OOrp-tUXi Q00H«n O(H>XIXI OOte-tflKi 000*000 0 00a伽口际硕OCOrHUO OOQrMHD OOQr^U OMrHKO OCOrHJffi 0皓琲划CETt^OE □DE T JOD aLOa+DOU OQ-utJU o m 畑ow>*aoo Q 应HUO OJHvHnD QQQeMW OWJtartQQO CGOrtflnOWY-KWO nuo^xnDDIXHO ooo^no oiXt-Htoo DOCtiffiOQjKrttBO OOO H WO0^*000 qCDa^on Q004070 OOOrrtn)ODOr^Xl OOteMDO00E」Ci 0O0r<W0WXKJ0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”。

高颈法兰设备的有限元分析

（）垫片和上下法兰环之间的接触以及螺２
母和上下法兰环之间的接触采用面一面接触单元ＴＧ７、ＣＮＴ７描述。接触面相对滑动的ＡＲＲ１０ＯＡ１４摩擦系数为０３－，对于螺母和螺栓的摩擦副问题在本文中不做考虑。
２一 ■ 论文广场６
一
石油与设备化工
２１年第１卷００３
高颈法兰设备的有限元分析
曹峰，谢禹钧
（宁石油化工大学机械学院，辽宁抚顺１０）辽１０］３
［要］利用有限元分析软件Ａｓｓ摘ＮＹ，建立了高颈法兰设备及其边界的有限元模型，分析了在螺栓预紧及内压共同作用下，高
在边界条件处理上，由于法兰接头在结构、载荷和约束上都具有周期性的轴对称性质，因此，在有限元模型的两个对称平面Ａ和Ｂ上施加面对称约束，约束这两个平面上的节点的周向位移。同时为了限制接头的整体刚体位移，在与下法兰环相连接筒体的截断端施加面轴向固定约束。
兰环相连接的筒体作为一个整体来分析。
作者简介：曹峰（９５１８一），男，山东泰安人，辽宁石油化
工大学在读硕士研析和寿命评估。
第３期
曹峰等
高颈法兰设备的有限元分析
一７２一

非标准法兰的有限元分析及可靠性设计

ｆａｅ，ｕｔｔｘｍｕｍｒｉｒｓｕｅｉｎｉｏｔｎｔｐｒｍｅｅｏｒｓｆｌｎｇｂｈｅｍａｉｗｏｋｎｇｐｅｓｒｓａｍｐｒａａａｔｒｆａｅｗｏｒｉｌｎ．ｋｎｇｏｆｆａｇｅＡＮＳｓａｌｅｏａｌｉｈｅｎｎｓａａｄｆａｅｓｒｎｈ，ｔｔｅｓｄｓｒｂｉｔｔｓｏＹＳｉｐｐｉｄｔｎａｙｓｓｔｏｔｎｄｒｌｎｇｔｅｇｔｉｓｓｒｓｉｔｉｕｔｏｎｓａｕｓｉｂ— ｔｉｄａｔｅａｎｅｎｄｓｒｎｇｔｔｔｕｃｕｅｉｎｐｃｅＵｓｎｏｎｅＣａｌｍｅｉａａｃａｉｇｍｅｈｈｏｆｉｓｓｒｔｒｓｉｓｅｔｄ．ｉｇＭｔｒｏｎｕｒｃｌｃｌｕｌｔｎｔｏｄｔａｏｓｍｐｌｒｎｍｖｒａｅ，ｂａｎｌｎｇｗｏｒｉｒｌａｌｔｎｄｉｎｇａｄｏａｉｂｌｏｔｉｆａｅｋｎｇｅｉｂｉｉｙａｍａｈｅｔｃｌｘｃａｉｎｏｔｍａｉａｅｐｅｔｔｏｆｂｅｒｎｅｓｅａｉｇｐｒｓｕｒ．Ｔｈｏｈｉｉｅｌｍｅａｄｒｌａｌｔｎａｙｉｔｅｔｕｔｅｓｒｎｇｈｒｓｒｒｕｇｆｎｔｅｅｎｔｎｅｉｂｉｉｙａｌｓｓ，ｈｓｒｃｕｒｔｅｔｅｅｖｅｓａｅｉｕｌｙｇａｐｅｔｔｓｆｌｒｓｄ．
ＦｉｉｅＥｌｍｅｔＡｎｌｓｓｏｎｔｎｒｌｎｅｎｔｅｎａｙｉｆＮｏｓａｄａｄＦａｇｓ

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。

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,,, 1444.0 asel,a,,, 1583.0 asel,a,,, 1678.0 asel,a,,, 1809.0type,3real,1nsla,s,1esln,s,0esurf,allallsel,all创建接触2 et,5,conta174et,6,targe170 keyopt,5,9,0r,2asel,s,,, 29.0 asel,a,,, 166.0 asel,a,,, 272.0 asel,a,,, 409.0 asel,a,,, 508.0 asel,a,,, 645.0 asel,a,,, 744.0 asel,a,,, 881.0 asel,a,,, 980.0 asel,a,,, 1117.0 asel,a,,, 1216.0 asel,a,,, 1353.0 asel,a,,, 1452.0 asel,a,,, 1589.0 asel,a,,, 1685.0 asel,a,,, 1815.0type,6real,2nsla,s,1esln,s,0esurf,all allsel,allasel,s,,, 15.0asel,a,,, 154.0 asel,a,,, 258.0 asel,a,,, 399.0 asel,a,,, 494.0 asel,a,,, 635.0 asel,a,,, 730.0 asel,a,,, 871.0 asel,a,,, 966.0 asel,a,,, 1107.0 asel,a,,, 1202.0 asel,a,,, 1343.0 asel,a,,, 1438.0 asel,a,,, 1579.0 asel,a,,, 1673.0 asel,a,,, 1805.0type,5real,2nsla,s,1esln,s,0esurf,allallsel,all创建接触3et,7,conta174 et,8,targe170 keyopt,7,9,0r,3asel,s,,, 95.0 asel,a,,, 215.0 asel,a,,, 341.0 asel,a,,, 453.0 asel,a,,, 577.0 asel,a,,, 689.0 asel,a,,, 813.0 asel,a,,, 925.0 asel,a,,, 1049.0 asel,a,,, 1161.0 asel,a,,, 1285.0 asel,a,,, 1397.0 asel,a,,, 1521.0 asel,a,,, 1633.0 asel,a,,, 1749.0 asel,a,,, 1859.0type,8real,3nsla,s,1esln,s,0esurf,all allsel,allasel,s,,, 90.0 asel,a,,, 211.0 asel,a,,, 336.0 asel,a,,, 450.0asel,a,,, 686.0 asel,a,,, 808.0 asel,a,,, 922.0 asel,a,,, 1044.0 asel,a,,, 1158.0 asel,a,,, 1280.0 asel,a,,, 1394.0 asel,a,,, 1516.0 asel,a,,, 1630.0 asel,a,,, 1745.0 asel,a,,, 1856.0type,7real,3nsla,s,1esln,s,0esurf,allallsel,all创建接触4et,9,conta174 et,10,targe170 keyopt,9,9,0r,4asel,a,,, 217.0 asel,a,,, 343.0 asel,a,,, 455.0 asel,a,,, 579.0 asel,a,,, 691.0 asel,a,,, 815.0 asel,a,,, 927.0 asel,a,,, 1051.0 asel,a,,, 1163.0 asel,a,,, 1287.0 asel,a,,, 1399.0 asel,a,,, 1523.0 asel,a,,, 1635.0 asel,a,,, 1751.0 asel,a,,, 1861.0type,10real,4nsla,s,1esln,s,0esurf,all allsel,allasel,s,,, 84.0 asel,a,,, 206.0 asel,a,,, 330.0 asel,a,,, 446.0 asel,a,,, 566.0 asel,a,,, 682.0asel,a,,, 802.0asel,a,,, 918.0asel,a,,, 1038.0asel,a,,, 1154.0asel,a,,, 1274.0asel,a,,, 1390.0asel,a,,, 1510.0asel,a,,, 1626.0asel,a,,, 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。

深水立管法兰接头的有限元分析

ｋｎｈｔｅｇｈ，ｔｅｓｃｎｅｔａｉｎｏｈｓｋｎｆｃｕｌｇｉｇｔｅｓｒｎｔｓｒｓｏｃｎｒｔｏｆｔｉｉｄｏｏｐｉ．ＴｈＤｉｉｌｍｅｔｄｌｓｅｔｂｉｈｄｉｎｅ３ｆｔｅｅｎｎｅｍｏｅｓａｌｅｗａｓｎ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＡｅｍｅｈｄｗａｒｐｓｄｔａｃｌｔｈｒｔｎｉｎｏｏｔｎｔｏｕｅｔｏｓｏｈｃｎｗｔｏｓｐｏｏｅＯｃｌｕａｅｔｅｐｅｅｓｏｆｌｓａｄｉｒｄｃｓｍｅｈｄｆｃｅ — ｂｎ
ｂＡｎ，ＵＮ－ｉｇＢＡＩＹｏｇＤＡＩＷｅｌＧａｇＳＬｉｎ，ｐｎ，ｉ
（ｅｗａｅｎｉｅｒｎｓａｃｎｅ，ａｂｎＥｎｉｅｒｇＵｎｖｒｉｙＨａｂｎ１００，ｈｎ）ＤｅｐｔｒＥｇｎｅｉｇＲｅｅｒｈＣｅｔｒＨｒｉｇｎｅｉｉｅｓｔ，ｒｉ５０１Ｃｉａｎ
马刚，丽萍，勇，孙白戴伟
（尔滨工程大学船舶工程学院深海工程技术研究中心，尔滨１ＯＯ）哈哈５Ｏ１
Байду номын сангаас
摘
要：针对深水立管法兰式接头，提出一种确定螺栓预紧力的方法，并采用有限元法对其进行了强度分
析。考虑到接头的几何不对称性，采用三维整体建模，通过ＡＮＳＹＳ软件的预紧单元模拟螺栓的预紧行为，使用接触单元模拟各部件之间的相互作用。按照ＡＰ规范对接头的等效膜应力、Ｉ等效弯曲应力与许用应力进行校核。在接头整体分析的基础上，建立螺纹的二维轴对称模型，进行局部应力分析。计算中使用参数建模法，法兰接头、螺纹的几何尺寸、材料性质和载荷等均可方便地更改。

圆孔对法兰温度场和应力场影响的有限元分析

摘
要

借助Ａｓｓ限元分析软件，对法兰加热过程进行了有限元模拟，研究了加热过程中的热边界条件，分ｎｙ有
析了温度场和应变场的分布及其变化。对比不开孔和开孔的法兰在升温过程的温度分布情况，结果表明它们的温度分布场不同。分析结果对于掌握法兰结构的加热过程温度变化、分析残余应力具有实际指导意义。
关键词有限元模拟；温度场；热边界Ｔ３５１Ｇ３．７文献标识码Ａ文章编号１０７２（０２００１— ２０７— ８０２１）４— ４０中图分类号
ＦｉｔｅｅｔＡｎａｙｉｆｔｆｃｆＣｉｃｅｎＴｅｐｒｔｅｎｉｅＥｌｍｎｌｓｓｏｈｅＥｆｅｔｏｒｌｓｏｍｅａｕｒＦｉｌｎｔｅｓＦｉｌｆＦｌｎｇｓｅｄｓａｄＳｒｓｅｄｓｏａｅ
法兰在加热过程中，温度场是重要的物理参数，很多法兰需要在中间开孑，这些孑将直接影响法兰的Ｌ而Ｌ
时间而变，内部具有热源时的Ｆｕｅ导热微分方程，并且ｏｒｒｉ可以根据Ｆｕｉ定律，能量守恒原则推导得到… ｏｒｒｅ运用
内部残余应力的大小和分布。文中采用Ａｓｓ析软ｎｙ分
件对法兰加热过程中温度场进行分析，了解法兰加以热过程中温度场和应力场分布及其变化规律。
Ａ磐＋）Ｏ㈩＼＋ｔ（ｙ窘ｌ窘＋０ｇ０／
３叶拭２２第５第期０年２卷４１

非标准法兰的有限元分析及可靠性设计

收稿日期:2007-09-26作者简介:蔡永梅(1981-),女,宁夏石嘴山人,助教,硕士,主要从事化工过程机械方面的研究。

文章编号:1000-7466(2008)02-0032-04非标准法兰的有限元分析及可靠性设计蔡永梅1,张瑞革2,谢禹钧1(1.辽宁石油化工大学机械工程学院,辽宁抚顺 113001;2.深圳巨涛机械设备制造有限公司,广东深圳 518068)摘要:非标准法兰的最大工作压力是其安全、正常工作的重要技术参数,应用ANSYS 对某非标准法兰进行强度分析,得到了在工作载荷作用下法兰的内应力分布状况,对法兰各部分结构进行了强度校核。

利用M onte Carlo 数值计算方法对其随机变量进行抽样,得出了法兰工作时的安全可靠度以及所能承受压力的数学期望。

通过有限元及可靠性分析,掌握了法兰各部分结构的强度储备情况。

关键词:法兰;AN SYS;有限元;应力分析;可靠性中图分类号:TQ 050.3;T B 115 文献标志码:AFinite Element Analysis of Nonstandard FlangesC AI Yong -mei 1,ZHANG Ru-i ge 2,XIE Yu -jun 1(1.School of Mechanical Engineering,Liaoning University of Petroleum &Chemical Technology ,Fushun 113001,China; 2.Shenzhen Jutal M achinery Equipment Co.Ltd.,Shenzhen 518068,China)Abstract :Now standard of strength calculation has not com e on about so me special nonstandardflange,but the m ax imum wo rking pressure is an important parameter for safe w orking of flang e.ANSYS is applied to analysis the nonstandard flange strength,its stress distribution status is ob -tained and str ength of its structure is inspected.U sing M onte Car lo numerical calculating method to sam pling random variable,obtain flang e w or king reliability and m athem atical ex pectatio n ofbearing pressure.T hrough finite element and reliability analysis,the structure streng th reserve state is fully grasped.Key words :flange;ANSYS;finite elem ent;stress analysis;reliability随着工业技术的不断发展,为了满足各种工艺要求,非标准结构压力容器应用在很多场合,在许多机械设备的连接和封口处,大多采用法兰作为连接部件,非标准法兰也随着设备的要求出现。

中高压法兰蝶阀阀体结构强度的有限元分析

现代的阀门设计中，蝶阀除了按设计标准及规范进行设计外，还需对阀体进行有限元分析计算。
应用ＳｌＷｏｋ软件，ｏｉｒｓｄ可在产品设计的过程中进行分析，并
叮根据分析结果，及时调整设计参数，可节省材料成本及开发成
提大大加快产品上市速度。文选用ＳｌＷｏｋ本ｏｉｒｓｄ介绍了依据通用阀门压力试验国家标准Ｇ／１９７２０，本，高产品质量，ＢＴ３２ — ０８软件，中压法兰蝶阀的阀体进行有限元的分析。对对常温下的中高压法兰蝶阀的阀体进行静压条件下的强度分析，
★来稿日：０９０ — ８期２０ — ９２
第７期
周玮：中高压法兰蝶阀阀体结构强度的有限元分析
２９１
３３加载载荷．
在蝶板开启的静压力状态下，此时阀体上产生的最大应力为
法兰蝶阀在液体静压力状态下，阀体内部作用力垂直作用在３ＭＰ，０．ａ发生在阀体上部与上法兰连接的部位，１４节点２２处，２５１
ＯＭＯ，解决了单独环境下ＣＥ在前后处理方面的Ａ主要由阀体、、蝶板阀轴、驱动装置等组成，当蝶阀工作压力在中、平台下的ＣＳＳ同时还继承了ＳｌＷｏｋ易学易用的特点。ｏｄｒｓｉ高压范围时（Ｎ．８ＭＰ）蝶阀的阀体内部承受的压力较高。问题，Ｐ２ — ０ａ，５
的分析师才能使用，限制了在企业中的应用。ＳｌＷｏｓ因此而ｏｄｒ软受螺栓轴向力作用的法兰内侧平面。当定义约束条件时，Ｏ～ｉｋＣＳ件拥有功能强大的机械ＣＤ功能，Ａ并具有功能完善的应用插件，其ＭＳｐｅｓ自动添加到法兰整个外端面，时应根据实际约束ＯＸｒｓ会此中系统提供的分析产品ＣＳＳ包括了一系列分析应用软件，ＯＭＯ，如情况，对约束的部位进行重新编辑，如图１所示。

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法兰有限元分析
1.下法兰计算
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。

经过适当简化，建立如图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t
1100压力作用下，产品法兰，加压端法兰以及卡箍的应力分布情况分别如图2，图3，图4所示。

从下图可以看出产品法兰等效应力的最大值为MPa
423，位于Φ199通孔
6.
最薄弱处（如图上Max标示处）；最大主应力的最大值为MPa
456，位于Φ199
5.
通孔边的R100圆弧上（如图下左Max标示处）；最大剪应力为MPa
184，位于
8.
Φ199通孔最薄弱处（如图下右Max标示处）。

图2 产品法兰应力分布图（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，但那是由于接触引起的局部应力集中，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MPa
452，同样位于
9.
4.
337，最大主应力的最大值为MPa
Φ50通孔上（如图右Max标示处）。

图3 加压端法兰应力分布图（MPa ）
卡箍应力分布如图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 卡箍应力分布图
卡箍的变形用其位移量分布图来表示，卡箍Y 向与Z 向位移量分布如图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 卡箍位移量分布图（变形效果夸张100倍时效果图）
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瓣卡抓均匀分布在加压端法兰的卡槽里，为了简化计算，取其中1个采用周期对称分析。

经过适当简化，建立如图6所示计算模型。

图6 卡抓计算模型简图
在模拟产品法兰上表面施加X向位移约束fix-x，在模拟加压端法兰上表面施加压力F。

2.2 卡抓分析结果
卡抓的应力分布如图7所示。

其等效应力最大值为MPa 3.939，接触应力最大值为MPa 1010。

图7 卡抓应力分布图
3. 结论
1.产品法兰所用材料的屈服极限Mpa s 665=σ。

在一般静载条件下若取1.5倍安全系数，则许用应力[]MPa s 4435.1/==σσ，产品法兰等效应力的最大值为MPa 6.423，刚好小于其许用应力。

为了延长其使用寿命，建议对产品法兰盘进行加厚处理。

而其等效应力最大值位置位于Φ199通孔最薄弱处，建议将Φ199孔向法兰中心移动少许。

2.加压端法兰所用材料为35CrMo ，该截面尺寸下的屈服极限Mpa s 610=σ。

在一般静载条件下若取1.5倍安全系数，则许用应力[]MPa s 7.4065.1/==σσ，加压端法兰等效应力最大值为MPa 9.337 ，小于其许用应力。

虽然满足强度要求其安全系数为1.8倍。

3.卡箍所用材料40CrNiMo 的屈服极限Mpa s 640=σ。

在一般静载条件下若取2倍安全系数，则许用应力[]MPa s 3202/==σσ。

在卡箍与6个螺帽全接触良好的情况下，卡箍等效应力最大值为MPa
4.278 ，小于其许用应力，满足强度要求,其安全系数为2.2倍。

4.卡抓等效应力最大值为MPa 3.939，这主要是由于直边接触引起的局部应力集中，在实际使用过程中，会由于直边钝化使应力得到一定释放，这种情况下，主要考虑其平均应力，卡抓齿根R1圆弧上的平均等效应力为MPa 4.546。

建议适
当加大齿根圆角并对其直边进行倒圆处理。