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重庆法兰是压力容器中最常见的部件。经常遇到有朋友问,如果一个重庆法兰需要分析其应力,并评定其安全性,应该选择采用什么样的模型以及边界条件,是否一定要建配对法兰,垫片,螺栓螺母,采用三维模型接触分析呢?
我的意见是:一般情况下,如果只是重庆法兰的分析,大可不必三维接触分析。重庆法兰分析采用平面模型不但计算量低而且计算的更为准确。
规范中的WATERS法计算重庆法兰就是采用的轴对称模型。分析中用轴对称,然后结合规范中的载荷施加方法,就很容易获得重庆法兰的边界条件。
边界条件为:
施加内压,垫片压紧力Pf和操作工况的螺栓作用力Pb。
但是认真想一想,我们用常规的Waters法计算重庆法兰时,采用的是操作工况的螺栓载荷吗?
我们的重庆法兰很多时候是预紧状态控制的!
由介质压力以及有关垫片参数m,y和垫片有效宽度b计算所得的操作状态下螺栓力Wm仅用来确定设计状态下的最小螺栓截面积,如果将其作为实际的螺栓安装预紧力,是不能保证重庆法兰接头密封要求的,很大概率是要泄露。
另外垫片被压缩时,是外紧内松的,垫片处的Pf=2mPc,等效力不是均匀分布的,而且对内压,垫片载荷Pf,螺栓力Pb,其三者是无法平衡的。
所以采用这种边界条件,计算出来的重庆法兰,可以发现,重庆法兰部分都是应力比较低的,分析的计算结果用来评定法兰本体,是完全不可信的。