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

发布时间：2022-01-16 07:58

　　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,结果表明,管板上的最大应力是位于管板中心上下表面处的径向应力,而且有限元结果和规范结果吻合的很好,误差不超过8%。考虑垫片时滞效应的分析结果表明,垫片的时滞效应对法兰接头的密封性能有着非常重要的影响。垫片在预紧和受内压作用时,其上的压紧应力在周向和径向的分布都不均匀。当管程压力大于壳程压力时,管程垫片内侧的残余压紧应力急剧降低,导致介质渗入密封界面,降低接头的紧密性;而壳程垫片内侧残余应力升高,外侧残余应力急剧降低。螺栓预紧力的大小对垫片压紧应力的大小及分布有重要影响。螺栓在预紧时不但受拉伸,而且受弯曲;... 

【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

法兰接头的实体模型图2一4三维有限元模型

中进行变形的积分。该单元不考虑垫片表面的剪应力以及法兰与垫片之间的摩擦力，只考虑垫片厚度方向的应力和变形。由于它能够模拟垫片的非线性行为，因而它与其他接触单元比较，垫片应力的解更加精确。其有限元模型如图2一6所示。图2一6垫片的有限元模型2..24材料特性法兰接头中各元件的材料可分为线弹性和非线弹性两种。两个密封垫片材料都是具有非线性性质和时滞效应的材料，如图2一1所示。其余各接头元件都假设为线弹性材料，它们的主要材料特性数据见表2一1。所用垫片的垫片系数=m2。

北京化工大学硕士学位论文图3碑管板的径向应力云图图3一管板的周向应力云图图3一管板的轴向应力云图图3一7管板的应力强度云图由图3一7可见，管板中的应力强度分布的特点如下:()l中央开孔区等效板上沿厚度路径的“膜+弯”应力强度在管板中心处最大;(2)管板的应力强度在中央开孔区与环形无孔区分界处的分布不连续，数值有突变。由于在实际管板结构中并不存在材料性质的突变，因而也不会有应力强度的突变，在分界处附近只是存在应力梯度较大的应力强度分布。注意，上面对中央开孔区应力分布的讨论是基于等效板为调整了材料弹性常数的无孔实心板这一假设，从而导致开孔区内的计算应力是按实心板的应力计算出来。而实际上由于存在大量开孔，开孔区的真实应力分布要复杂得多。由于在每个开孔处都有应力集中的现象，因此用实?

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3592246