【基于ANSYS的某水下法兰连接器有限元分析案例1900字】

基于ANSYS的某水下法兰连接器有限元分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u583基于ANSYS的某水下法兰连接器有限元分析案例 194341.1法兰连接螺栓预紧力的计算 1165251.2螺栓法兰在预紧力作用下的有限元分析 21.1法兰连接螺栓预紧力的计算管径为8英寸的管道法兰，属于小直径的海底螺栓管道连接。为了保证连接器与水下管道之间连接后不发生泄露，螺栓预紧力的计算是必不可少的。螺栓预紧，不仅要满足挤压O密封环使之发生变形，还要保证管道在工作输送介质的时候不会发生泄露。螺栓的预紧力的大小，直接影响水下法兰连接器的密封性能。接下来进行预紧力计算：首先要计算出螺栓需要受力接触的总面积，如果只考虑管道内介质的压力的作用，那么所有螺栓所受到的都是纯拉伸的载荷，根据只受螺栓拉伸的计算公式，其面积的表达式为：；（3-1）；（3-2）法兰连接的螺栓选用的材料为35CrMo，查的螺栓选用的相关资料得到螺栓的屈服强度为=835MPa，将安全系数带入，求得螺栓的许用应力为=279MPa。参考法兰设计的相关论文以及参考文献，初步选则设定最小螺栓预紧总载荷，水下连接器在工作的时候需要的螺栓最小总的载荷。将上述各个参数带入上式中得到：；；由上面的式子可以算出需要的螺栓总面积为。根据经验以及法兰螺栓连接的基本技术要求，在俩端法兰盘螺栓连接上都选用8个M19的粗牙特质螺栓，那么一个螺栓的截面积为：（3-3）那么实际的螺栓总面积为：（3-4）由此可以确定实际的螺栓总面积大于计算求得的螺栓总面积，可以满足设计计算要求。对于小直径的海底管道法兰连接，在对其螺栓施加预紧力的时候，其施加的载荷需要超出最小额定载荷一定值，但也不能让其施加的载荷等于或者超过最大螺栓可施加载荷。总而言之，对于螺栓所施加的载荷应该介于二者之间。一般情况下，可以按照以下公式计算出螺栓在预紧状态下和工作状态的单个螺栓所施加的载荷：；（3-5）；（3-6）将所需的各个参数带入上面俩公式中得：；；最后一步，选择二者之中最大的载荷作为螺栓总载荷，那么一个螺栓所受的载荷为。即在每一个螺栓所受的预紧力的作用下时候可以保证水下法兰连接器在工作状态下不会产生泄露现象。1.2螺栓法兰在预紧力作用下的有限元分析对螺栓法兰进行应力应变分析的时候首先要将模型建立，在UG中建立的模型导入ANSYS中进行网格划分如下图：图1.1装配体网格划分图由于本次设计为连接器中的基础设计，所以网格划分没有很精确，网格划分设置为了8个单元。在本章当中，在进行有限元分析时候得出的所由应力分析图和数据都是在笛卡尔坐标系下完成的。将所用坐标系的正方向规定为中心轴的正方向，对于下面图中的内容分析，左侧由蓝到红的彩色带即为应力，应变由小到大在模型中的体现。红色代表着某个部位所受最大应力，或者发生的形变最严重，蓝色部分则相反，代表着最小应力或者应变。图1.2预紧状态下的应变分布如上图1.2所示，是当水下法兰连接器在被施加43KN的螺栓预紧力的时候，装配体的应变分布图。从图中可以看出，在螺栓预紧力为43KN时候，产生的应变效应几乎呈现出对称状态，应变产生的最大位置在拉杆的中间位置，变形最大值约为0.1mm。但是由于约束固定的管道的一端，所以图中产生的应变为管道表面，但实际上对连接器而言，最小应变应该发生在法兰盘短螺母的附近。而且一般情况下如果应力在图中是不均匀的情况下，多数是由于网格划分不均匀导致的，但是差别的话应该也不会太大。图1.3预紧状态下应力分布如上图1.3所示，是当水下法兰连接器在被施加43KN的螺栓预紧力的时候，装配体的应力分布图，在只受预紧力的作用时候，法兰管道与法兰连接处也就是法兰的颈部的应力变化最为明显，其最大的应力分布在是配法兰的孔轴连接出为378MPa。可以看出，在一定预紧力的作用下，连接器的法兰完全可以满足强度要求。下图4.4和图4.5分别为拉杆的应变和应力分布图，本次设计中拉杆为对称模型，下图中应力，应变分布不均匀的原因是，由于装配体在装配螺母时不对称导致的结果。图1.4拉杆的应变分布图图1.5拉杆的应力分布图由图4.4跟图4.5可以看出应力和应变几乎都分布于拉杆的中部，而且应力的最大值应该在拉杆靠近螺母的内侧，且应该存在俩处有最大应力值，因为拉杆的模型是对称的。由上俩图可知拉杆上的最大应力值大约在100MPa，最大应变值为0.13mm。图1.6长螺栓的应变分布图图1.7长螺栓的应力分布图对与上图1.6和图1.7，其三维模型是用于连接适配法兰和端环的螺栓，在给螺栓施加预紧力之后的应力应变分布图。从上图可以直观的看出，螺栓最大应力分布在端环内侧螺栓上最大值约为100MPa左右。其应变分布在端环外侧螺栓的表面