法兰螺栓连接系统下密封垫片的蠕变性能

论文摘要

法兰螺栓连接系统是石油化工设备、航天技术等领域运用最广泛的连接装置,垫片是连接系统中最重要的密封元件,它直接影响连接系统密封的可靠性。为了防止由于垫片性能而造成法兰接头的密封失效,把法兰、螺栓和密封垫片看成一个整体作为研究对象,具有重要的意义。首先,运用粘弹性理论建立了适合非金属密封垫片的蠕变松弛数学模型,并解析出了蠕变变形量和时间的关系式。本文把法兰接头的各元件看成一个系统,并考虑垫片的非线性,建立了1/2法兰接头的参数化有限元模型,分析了法兰螺栓连接系统在预紧力的作用下、不同内压的工况下应力分布情况和螺栓的应力分布情况。研究表明,垫片的应力分布规律基本一致,且随着内压载荷的升高,同一部位的应力强度数值相应增大,此时在法兰与封头连接处出现了最大的应力强度,这与实际的情况是一致的。其次,分析了螺栓在不同温度下的应力松弛性能,并与PVRC中应力松弛试验数据比较,发现两者的结果较为接近；并对应力松弛导致的再次拧紧时间进行讨论,并和实验的结果进行了比较,两者较吻合。最后,分析了在不用预紧力情况下的密封垫片的蠕变性能,得出了垫片变形量和时间的关系曲线,并和实验数据进行了对比,两者的结果接近；还分析了不同厚度下垫片的蠕变变形对法兰接头紧密性的影响,得出随着垫片厚度越大,垫片的蠕变量会相应的增加。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 法兰接头研究的历史和现状
• 1.3 无石棉密封垫片的蠕变性能研究
• 1.4 前人在本课题中的研究成果简述
• 1.5 本文研究的主要内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 非石棉密封垫片的蠕变数学模型
• 2.1 概述
• 2.2 Maxwell串联模型
• 2.3 Voigt-Kelvin并联模型
• 2.4 三元件模型
• 2.5 四元件模型
• 2.6 非石棉密封垫片的蠕变数学模型
• 2.7 本章小结
• 第三章 法兰螺栓连接系统三维有限元模型
• 3.1 选用有限元分析软件简介
• 3.1.1 ANSYS非线性模块
• 3.2 法兰接头三维模型的建立
• 3.2.1 几何模型
• 3.2.2 模型范围的选取
• 3.2.3 单元类型的选取
• 3.2.4 材料特性
• 3.2.5 边界条件和加载
• 3.2.6 参数化模型的生成
• 3.3 本章小结
• 第四章 法兰螺栓连接系统的应力分析
• 4.1 法兰螺栓连接系统载荷计算概述
• 4.2 法兰螺栓连接系统的应力分布情况
• 4.3 本章小结
• 第五章 法兰螺栓连接系统的蠕变松弛性能
• 5.1 螺栓的应力松弛分析
• 5.1.1 应力松弛实验
• 5.1.2 数值模拟和PVRC实验的残余应力的比较
• 5.1.3 螺栓应力松弛引起的再次拧紧的时间分析
• 5.2 密封垫片的蠕变模拟结果分析
• 5.2.1 非石棉短纤维橡胶密封垫片的实验研究
• 5.2.2 试验结果和有限元计算结果的比较
• 5.3 垫片的厚度对蠕变性能的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 本文进一步的研究方向/展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 硕士期间发表的论文