考虑垫片时滞效应的管板-法兰-垫片-螺栓连接系统的非线性三维有限元分析

摘要

本论文以U形管换热器法兰夹管板接头为研究对象，考虑垫片材料压缩的非线性特性和压缩-回弹时的时滞效应，将法兰接头各元件看成一个系统，研究各元件的相互作用，建立了管板-法兰-垫片-螺栓连接系统的非线性三维有限元分析模型。通过计算得到了接头整体和各元件的变形和应力分布情况。研究了垫片的时滞效应、管壳程不同的压力以及法兰接头的部分参数变化对法兰接头强度和密封性能的影响。在上述有限元分析模型中，带孔管板根据ASME规范简化为无孔等效板。把有限元分析得到的管板应力分布与GB151设计规范进行对比。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1螺栓法兰接头研究的目的和意义

1.2法兰接头研究的历史、现状和前沿发展情况

1.3前人在本课题研究领域中的成果简述

1.4本论文研究的主要内容

第二章三维有限元模型的建立

2.1有限元数值分析方法简介

2.1.1有限元数值分析技术简介

2.1.2 ANSYS有限元软件简介

2.2管板-法兰-垫片-螺栓连接系统的三维有限元模型的建立

2.2.1模型特点

2.2.2整体连接系统的几何模型

2.2.3单元类型的选取

2.2.4材料特性

2.2.5边界条件与载荷

2.2.6参数化有限元几何模型的生成

第三章等效管板的三维有限元分析

3.1等效管板方法概述

3.2等效管板的应力分析

3.3有限元分析结果与规范公式计算结果的比较

3.3.1规范GB151中的U型管式换热器管板应力计算公式

3.3.2不同管程和壳程压力差时管板应力的规范公式计算结果与有限元分析结果比较

3.3.3不同管板厚度条件下管板应力的规范公式计算结果与有限元分析结果比较

3.4小结

第四章法兰接头的三维有限元分析

4.1标准高颈法兰接头三维有限元分析概述

4.2管程和壳程两密封垫片的有限元分析结果

4.2.1预紧后两种垫片模型的应力和应变分布

4.2.2施加管、壳程压力后的垫片应力分布

4.2.3管、壳程压力差对垫片压紧应力沿垫片宽度分布的影响

4.2.4垫片应力随预紧程度与管、壳程压差的变化

4.2.5螺栓刚度对垫片应力的影响

4.2.6小结

4.3螺栓的有限元分析结果

4.4法兰的有限元分析结果

4.4.1按应力分析设计方法校核法兰强度

4.4.2预紧状态和加压状态下法兰的应力分析

4.4.3法兰的变形以及对垫片密封的影响

4.4.4螺栓直径和螺栓圆大小对法兰接头强度的影响

第五章结论

参考文献

致谢

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