[發明專利]一種基于有限元分析的架空管道螺栓預緊力設計方法

有效

• 申請號: 201911387939.7
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN110991118B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 蔣鵬;鄧雅飛;鄭松;許歡;孔亞廣;張帆;侯平智
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F113/14
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發明公開了一種基于有限元分析的架空管道螺栓預緊力設計方法。本發明根據管道和螺栓法蘭的材料屬性、尺寸大小建立有限元模型。無外載荷情況下，管道連接的墊片受均勻螺栓預緊力時的受力分布作為目標值，在實際安裝時，墊片的應力分布不均勻，通過反復仿真擬合，構建螺栓預緊力迭代調節模型，根據模型方法，達到預期的墊片受力分布，最終得到有效的螺栓預緊力。本發明在有限元的基礎上，考慮安裝管道時自重對法蘭連接的影響，構建了一個螺栓預緊力迭代調節模型，最終設計出安裝是不同螺栓所需的有效螺栓預緊力。相比傳統的使用均勻螺栓預緊力安裝，得到的不均勻螺栓預緊力安裝管道更為有效。

技術領域

本發明屬于化工管道安全領域，涉及一種基于有限元分析的架空管道螺栓預緊力設計方法。

背景技術

架空管道具有不受地下水的侵蝕，使用壽命長，維護管理方便等優點，被廣泛用于化工企業的安全生產中。而在管道與管道的連接時，多采用具有密封性能好、拆卸方便、強度高的螺栓法蘭結構。

而螺栓法蘭連接是一種管道連接形式，其是管道最脆弱的環節，目前在連接管道時，常采用保守的均勻螺栓預緊力來連接法蘭。然而，在安裝后由于管道和運輸物料自重的影響，導致法蘭連接受力不均，降低了螺栓法蘭連接的可靠性。

目前暫時還沒有一套完整的管法蘭螺栓預緊力計算及螺栓安裝方法，目前的設計方法基于Waters法，這種計算規則是以m(墊片系數)、y(最小預緊比壓)兩個墊片性能參數為基礎，而m、y又只和墊片的材料或者類型有關。使用該方法，也只能得到具體的一個螺栓預緊力數值,即安裝時每個螺栓施加的預緊力相同。所以，尋找一種不均勻的有效的螺栓預緊力安裝方法至關重要。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出了一種基于有限元分析的架空管道螺栓預緊力設計方法。

本發明在有限元的基礎上，考慮安裝管道時自重對法蘭連接的影響，構建了一個螺栓預緊力迭代調節模型，最終設計出安裝時每個螺栓所需的有效螺栓預緊力，實現對管道安裝方法的改良。

本發明的技術方案是通過充分考慮考慮架空管道安裝自重對法蘭連接的影響，提出一種有效的螺栓安裝設計方法。根據管道和螺栓法蘭的材料屬性、尺寸大小建立有限元模型。無外載荷情況下，管道連接的墊片受均勻螺栓預緊力時的受力分布作為目標值，在實際安裝時，墊片的應力分布不均勻，通過反復仿真擬合，構建螺栓預緊力迭代調節模型，根據模型方法，達到預期的墊片受力分布，最終得到有效的螺栓預緊力。

本發明的有益效果：本發明結合管道有限元模型的基礎上，考慮安裝管道自重的影響，構建了螺栓預緊力迭代調節模型，最終設計了一種基于有限元分析的架空管道螺栓預緊力設計方法；本發明設計出的不均勻螺栓預緊力安裝管道相比傳統的使用均勻螺栓預緊力安裝更具有效性、合理性。

附圖說明

圖1為法蘭幾何結構圖；

圖2為架空管道三維圖；

圖3為簡支管道部分模型圖；

圖4為螺栓法蘭連接圖；

圖5a、圖5b和圖5c為簡支管道部分模型圖；

圖6為螺栓預緊力迭代的分析圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發明作進一步說明。

本發明的整體思路如下：