法兰颈部变坡坡度θ的影响
时间:2019-06-20 17:41 来源:孟村法兰 作者：孟村法兰
以模型 FCD1 为基础，保持其他参数不变，分别对法兰颈部变坡坡度为5º、10º、15º、20º、25º 的模型进行有限元分析，模型尺寸如表3.2 所示。
图3.11 为法兰颈部变坡坡度对法兰节点受拉性能影响的有限元计算结果。由图3.11（a）可知，随着法兰颈部变坡坡度的增大，法兰节点的承载力逐渐提高，法兰节点的屈服荷载先增大（15º时达到最大值）后减小；由图3.11（b）可知，法兰颈部变坡坡度的变化，对螺栓受力影响很小。表明法兰颈部变坡坡度在15º附近时，对节点的受力最为有利，可充分发挥材料的力学性能。由图3.11（c）可知，荷载较小时，随着法兰颈部变坡坡度减小，法兰盘内缘张开距离减小。主要是由于颈部坡度的减小使螺栓定位圆直径减小，由此整个法兰盘外缘尺寸减小，从而法兰盘变形相应减小。但荷载较大时，颈部变坡坡度为15º时法兰盘内缘张开距离最小，表明法兰盘内缘张开间距达到一定值时，颈部变坡坡度亦对其发展趋势有影响。由图3.11（d）可知，相同节点位移下，法兰盘内缘张开距离随法兰颈部变坡坡度的增大而减小，表明锻造法兰颈部发生较大塑性变形。
图3.12 为不同颈部坡度锻造法兰的von-Mises 应力图。颈部坡度为5º时，在颈部根部会出现应力集中现象；颈部坡度为10º（15º）时，在颈部变坡处出现应力集中现象；颈部坡度为20º（25º）时，在法兰颈部变坡与直颈段相交处出现应力集中现象。说明随着颈部坡度的增加，锻造法兰颈部应力集中由颈部根部向法兰颈部变坡与直颈段相交处变化。这也解释了图3.11（d）中法兰节点的变形特征，即：当应力集中区域发生在法兰颈根部时（5º），表明法兰趋于柔性法兰，整体变形较大。在此部位受到法兰颈部与法兰盘双向弯曲的叠加作用，受力比较复杂。当法兰颈部变坡坡度较大时（25º），应力集中区域发生在法兰颈部变坡与直颈段相交处，且发生了较大变形，由于此部位处于过渡区域，应力过大，容易引起法兰强度破坏。所以在锻造法兰设计中，选取合适的坡度，将上述应力集中区域转移到法兰颈部变坡处，有助于发挥法兰颈部的材料性能，可以避免法兰节点过早发生破坏。同时考虑到与连接钢管的强度匹配，法兰颈部变坡坡度过大，会造成用钢量的浪费。综上所述，法兰颈部变坡坡度不宜过大，宜控制在15º左右。
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