ANSYS氧化反应器的法兰螺栓结构强度问题有限元分析(2)

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3.3.2 接触分类 18

3.3.3 实际接触定义 19

3.4 施加预紧力 20

3.4.1 预紧分析 20

3.4.2 预紧力的计算 20

3.4.3 PRETS179单元 21

3.4.4 施加预紧载荷 22

3.5 加载及求解 26

3.5.1 载荷概述 26

3.5.2 载荷分类 26

3.5.3 施加载荷 27

3.5.4 求解与结果 28

3.5.5 强度校核 34

3.5.6 扩展及显示 34

3.6 疲劳分析 37

3.6.1 疲劳概念 37

3.6.2 基本情况 37

3.6.3 显示应力强度 37

3.6.4 疲劳材料特性 39

3.6.5 疲劳计算 40

结论 42

致谢 43

参考文献 44

第1章绪论

1.1 工程背景

法兰螺栓指的是由六角头部和法兰盘（六角下面的垫片跟六角固定在一起的）和螺杆（带有外螺纹的圆柱体）两部分组成的一类紧固件，需与螺母配合，用于紧固连接两个带有通孔的零件。这种连接形式称螺栓连接。如把螺母从螺栓上旋下，有可以使这两个零件分开，故螺栓连接是属于可拆卸连接。

螺栓、法兰、垫片连接系统作为一种方便的可拆卸连接结构，被广泛应用于现代化工、电力、能源、轻工、航空航天等领域，其结构合理性、工作可靠性、使用效率、维修便利性及成本等因素都是非常重要的。螺栓、法兰、垫片连接系统的失效将直接影响到经济效益、环境、能源等方面，可能引发的灾难性事故会危害到人类的健康和生命安全。因此，国内外的规范中都制订了法兰连接的标准设计方法。而在工程实际应用中，由于生产应用的特殊性，会需要设计一定量的非标准螺栓、法兰、垫片连接系统，此时，标准已无法保障此连接系统的可靠性。近年来，随着有限元技术和计算机软硬件的发展，使复杂结构的应力计算成为可能，其分析结果真实可靠，目前已成为工程分析的重要手段之一，得到各界的一致认可。

法兰螺栓连接是压力容器上必不可少的重要部件，被广泛应用于石油化工、电力、原子能、轻工等领域。关于法兰应力分析方面的研究工作，自20世纪6O年代以来一度成为一个热门话题，有关论文相继发表在历届国际压力容器技术会议。这些方法归纳起来可以分为三类：基于材料力学的简单方法、以弹性分析为基础的方法和以塑性分析为基础的方法。

螺栓是机载设备设计中常用的联接件之一。其具有结构简单,拆装方便,调整容易等优点,被广泛应用于航空、航天、汽车以及各种工程结构之中。在航空机载环境下，由于振动冲击的影响，设备往往产生较大的过载，对作为紧固件的螺栓带来强度高要求。螺栓是否满足强度要求，关系到机载设备的稳定性和安全性。

传统力学的解析方法对螺栓进行强度校核，主要是运用力的分解和平移原理，解力学平衡方程，借助理论和经验公式，理想化和公式化。没有考虑到连接部件整体性、力的传递途径、部件的局部细节(如应力集中、应力分布)等等。通过有限元法，整体建模，局部细化，可以弥补传统力学解析的缺陷。用有限元分析软件ANSYS提供的特殊单元来模拟螺栓连接，过程更方便，计算更精确，结果更可靠。因此，有限元在螺栓强度校核中的应用越来越广泛。