海洋立管法兰结构设计与有限元分析

论文摘要

本论文回顾了立管中管道法兰设计研究的发展,介绍了现有几种典型的法兰设计方法。根据ASME锅炉与压力容器规范中的法兰设计方法,对本文研究对象海洋立管法兰系统进行理论强度校核。结果证明所设计的法兰系统符合要求。文中详细介绍了ANSYS有限元计算软件的发展、功能、计算方法、前后处理程序和软件中的子模型法。将法兰接头各元件看成一个系统,研究各元件的相互作用,建立了立管—法兰—垫片—螺栓连接系统的非线性三维有限元分析模型和法兰沉孔处的局部模型。通过计算得到了接头整体和各元件的变形和应力分布。把有限元分析得到的应力分布进行线性化处理,结果表明,法兰系统设计符合规范规定的要求。本论文还对螺栓和螺栓螺纹进行了应力研究,得出螺栓应力集中系数和应力放大系数,可以预示螺栓的疲劳强度情况。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题目的与意义
• 1.2 本章小结
• 第2章 国内外法兰设计
• 2.1 立管法兰系统设计
• 2.2 国内外法兰标准概况
• 2.2.1 国外法兰标准概况
• 2.2.2 国内法兰标准概况
• 2.2.3 国内外法兰标准关系
• 2.3 计算法兰种类和条件
• 2.4 法兰强度设计的基本理论方法
• 2.5 有限元法
• 2.5.1 有限元法简介
• 2.5.2 应力分析设计
• 2.6 本章小结
• 第3章 法兰系统强度计算及校核方法
• 3.1 法兰强度计算分析
• 3.1.1 法兰强度设计计算
• 3.1.2 设计校核法兰强度
• 3.2 螺栓强度校核
• 3.3 法兰密封及垫片选型
• 3.4 螺栓预紧力
• 3.5 本章小结
• 第4章 立管法兰的有限元分析
• 4.1 概述
• 4.2 ANSYS有限元软件
• 4.3 立管法兰三维有限元模型的建立
• 4.3.1 模型特点
• 4.3.2 立管法兰的几何模型
• 4.3.3 单元类型的选取及网格划分
• 4.3.4 材料特性
• 4.3.5 边界条件与载荷
• 4.3.6 后处理
• 4.4 子模型法
• 4.5 螺栓二维有限元模型的建立
• 4.6 本章小结
• 第5章 立管法兰的有限元结果
• 5.1 法兰系统有限元分析结果
• 5.1.1 法兰应力线性化
• 5.2 法兰系统中螺栓有限元分析结果
• 5.2.1 螺栓应力结果
• 5.2.2 螺栓螺纹根部应力集中有限元分析
• 5.3 疲劳校核
• 5.3.1 概述
• 5.3.2 法兰沉孔处
• 5.3.3 法兰螺栓
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢