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法兰有限元分析1.下法兰计算1.1 下法兰计算模型 下法兰卡紧方式是通过卡箍将产品法兰与加压端法兰卡紧。经过适当简化，建立如图1所示计算模型。 图1 下法兰计算模型简图在产品法兰上端面施加全位移约束fix-all；在加压端法兰内表面施加压力F。1.2 下法兰分析结果在压力作用下，产品法兰，加压端法兰以及卡箍的应力分布情况分别如图2，图3，图4所示。从下图可以看出产品法兰等效应力的最大值为，位于199通孔最薄弱处（如图上Max标示处）；最大主应力的最大值为，位于199通孔边的R100圆弧上（如图下左Max标示处）；最大剪应力为，位于199通孔最薄弱处（如图下右Max标示处）。图2 产品法兰应力分布图（MPa）从图3上看，加压端法兰等效应力的最大值位于面上那6个黄点上，但那是由于接触引起的局部应力集中，不予考虑，实际等效应力最大值位置位于中心50通孔上，最大值为，最大主应力的最大值为，同样位于50通孔上（如图右Max标示处）。图3 加压端法兰应力分布图（MPa）卡箍应力分布如图4所示。其等效应力的最大值位置如图左Max标示处，最大值为；最大主应力的最大值位置如图右Max标示处，最大值为。 图4 卡箍应力分布图卡箍的变形用其位移量分布图来表示，卡箍Y向与Z向位移量分布如图5。由图看出卡箍在整个装配中向外位移了，自身向外拉伸了。卡箍在整个装配中轴向位移了，卡箍自身轴向拉伸了。图5 卡箍位移量分布图（变形效果夸张100倍时效果图）2.上法兰卡抓计算2.1 上法兰卡抓计算模型 上法兰卡紧方式是通过卡抓将产品法兰与加压端法兰卡紧。6瓣卡抓均匀分布在加压端法兰的卡槽里，为了简化计算，取其中1个采用周期对称分析。经过适当简化，建立如图6所示计算模型。 图6 卡抓计算模型简图在模拟产品法兰上表面施加X向位移约束fix-x，在模拟加压端法兰上表面施加压力F。2.2 卡抓分析结果卡抓的应力分布如图7所示。其等效应力最大值为，接触应力最大值为。图7 卡抓应力分布图3. 结论1.产品法兰所用材料的屈服极限。在一般静载条件下若取1.5倍安全系数，则许用应力，产品法兰等效应力的最大值为，刚好小于其许用应力。为了延长其使用寿命，建议对产品法兰盘进行加厚处理。而其等效应力最大值位置位于199通孔最薄弱处，建议将199孔向法兰中心移动少许。2.加压端法兰所用材料为35CrMo，该截面尺寸下的屈服极限。在一般静载条件下若取1.5倍安全系数，则许用应力，加压端法兰等效应力最大值为 ，小于其许用应力。虽然满足强度要求其安全系数为1.8倍。3.卡箍所用材料40CrNiMo的屈服极限。在一般静载条件下若取2倍安全系数，则许用应力。在卡箍与6个螺帽全接触良好的情况下，卡箍等效应力最大值为 ，小于其许用应力，满足强度要求,其安全系数为2.2倍。4.卡抓等效应力最大值为，这主要是由于直边接触引起的局部应力集中，在实际使用过程中，会由于直边钝化使应
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