垫片含缺陷钢制螺栓法兰结构密封性仿真分析

以法兰-螺栓-垫片组成的螺栓法兰连接系统为研究对象,利用ABAQUS软件构建该模型中的连接件整体和各个部件,进行不同工况下,垫片有无缺陷时螺栓法兰连接系统紧密性的应力及接触分析.结果表明：螺栓预紧力、介质内压和外加弯矩载荷都会对螺栓法兰连接的密封性产生影响;当垫片存在缺陷时,缺陷的尺寸和存在的位置会改变垫片接触应力的分布,缺陷深度越大,密封效果越差.     

镍钛形状记忆合金压缩力学行为及其密封性能

法兰密封连接是过程工业装置中最常见的可拆连接形式,在保证法兰连接良好的密封性能及长久的使用寿命上,密封新材料的开发和应用具有重要意义。以Ni_(50.9)Ti_(49.1)(原子分数)形状记忆合金为对象,研究其在压缩载荷作用下的力学行为;加工了镍钛合金平垫片,研究密封连接结构泄漏率随预紧力、介质压力及温度的变化规律。试验结果表明:镍钛合金压缩载荷作用下具有超弹性特性,马氏体相变初始应力为270 MPa,不同压紧应力下试样的回弹率都达到99%以上。在恒定预紧力下,随着介质压力的提高,密封连接的泄漏率呈增加的趋势;随着温度的增加,泄漏率呈下降的趋势。最终,依据不同的工况条件获得了最佳的预紧力范围。     

垫片高温试验装置的研制

在对法兰密封常用垫片进行了大量室温条件下的试验研究的基础上，为了解决高温工况下的法兰密封问题，研制了专用的垫片高温性能试验装置，成功地解决了装置的升温与控温，以及高温条件下的加载与卸载，垫片变形和泄漏率测量等技术难点，经过３００多小时的垫片高温性能试验得到了令人满意的结果，表明该装置达到了预期设计目标，已基本上具备了进行垫片高温性能试验的条件。     

考虑非线性的法兰接头三维有限元分析

法兰接头三维有限元模型包括法兰环,垫片,螺栓,连接壳体和焊缝,考虑了垫片材料受压时应力－应变的非线性关系。模型为参数化模型,可以方便地更改各参数的数值,以便研究法兰接头的几何尺寸,材料性质和载荷大小对法兰接头强度与紧密性的影响。研究中考虑了两个加载过程：螺栓拧紧过程和施加内压过程。研究可以同时分析在螺栓拧紧过程和加压过程中法兰接头的整体性以及过压过程中的法兰接头的密封性能,研究中,法兰环的弯曲、螺     

螺栓超欠拧对钢桁梁桥节点拼接接头受力的影响

为研究螺栓超欠拧对节点拼接接头各板件受力的影响,以浩吉铁路(原蒙西—华中地区铁路)跨平汝高速64 m钢桁梁桥为工程背景,采用有限元分析软件MIDAS/CIVIL和ANSYS分别建立全桥有限元模型和E4节点的实体有限元模型。在E4节点处,选取下弦顶板上的一组螺栓作为超欠拧对象,并以该组螺栓不同的施拧状态作为研究工况,研究不同工况状态下接头各板件的应力状态,并进行现场试验验证。研究结果表明:当某一螺栓发生超欠拧时,只会对该螺栓附近一定区域的板件应力产生影响,并且离该螺栓越近影响越大;螺栓超欠拧对拼接板应力的影响范围为以超欠拧螺栓为中心1.4倍螺栓中心距之内,对下弦顶板应力的影响范围为以超欠拧螺栓为中心0.8倍螺栓中心距之内;螺栓超欠拧亦会对板件间的摩擦传力产生影响。     

基于分形多孔介质输运的金属垫片泄漏研究

引入分形多孔介质理论对金属垫片的泄漏机理进行研究,建立了微孔结构与泄漏特性之间的本构关系式.基于粗糙峰分形接触模型获得了密封载荷与微孔结构几何参数之间的关系,建立了金属垫片泄漏率的理论预测模型,理论预测值与实测值比较符合,从而验证了模型的准确性.进一步分析表明:相较于材料力学特性,垫片表面粗糙特性对泄漏率的影响更为显著,尺度系数的减小可明显改善界面密封特性,而表面分形维数D的影响则较为复杂,当D=1.5时对密封特性最为有利.     

垫片型式对螺栓交互作用影响有限元分析

垫片作为法兰长期密封的关键,其型式上的不同会对螺栓间的弹性交互作用产生重大影响。选用石墨金属缠绕式垫片和聚四氟乙烯垫片,采用有限元数值模拟方法,研究顺次、交叉加载方式下垫片内径为100 mm、110 mm、120 mm、134 mm时螺栓间的弹性交互作用规律。建立DN100 PN40法兰实验装置;并验证了模型的准确性。模拟结果表明,随着垫片内径的不断增大,螺栓载荷会发生明显变化,某些螺栓所受弹性交互正、负作用类型会发生转变,弹性交互正、负作用强度会逐渐降低;相较于石墨金属缠绕式垫片,聚四氟乙烯垫片引起的螺栓载荷波动和弹性交互正、负作用强度波动更为剧烈。在两种垫片都适用的工况下,采用顺次加载、内径较大的石墨金属缠绕式垫片能达到更好的密封效果。     

垫片高温试验装置的研制

在对法兰密封常用垫片进行了大量室温条件下的试验研究的基础上，为了解决高温工况下的法兰密封问题，研制了专用的垫片高温性能试验装置，成功地解决了装置的升温与控温，以及高温条件下的加载与卸载、垫片变形和泄漏率测量等技术难点；经过３００多小时的垫片高温性能试验，得到了令人满意的结果．表明该装置达到了预期设计目标，已基本上具备了进行垫片高温性能试验的条件．     

法兰设计方法及预紧力的确定

选取9对工作压力为1.0～6.5 MPa、工作温度为400℃的标准带颈对焊管法兰,分别运用EN13445附录G法兰设计的另一方法与Waters方法计算螺栓预紧力,运用ANSYS有限元软件对其进行模拟,分析法兰接头的应力分布和应变,研究这两种计算方法在指导法兰接头螺栓安装时,法兰强度以及密封性的可靠程度和方法的可行性.结果表明:EN13445附录G计算确定的螺栓预紧力能保证该种法兰接头在该温度、压力范围内的强度与密封性,可用于指导该种法兰螺栓的安装;Waters计算确定的螺栓预紧力在较高工作压力时会导致垫片应力过大,可能会压溃垫片,建议在工程实际中该种法兰螺栓在该温度、压力范围内安装时谨慎使用Waters螺栓预紧力.     

面向组合结构刚度非线性特性的等效模型

针对组合结构轴向载荷下呈现的刚度非线性特性难以计算的问题,提出了梁-双弹簧等效计算模型,研究了在包含不同材料垫片的组合结构中螺栓预紧力以及部分几何尺寸对轴向刚度非线性特性的影响.结果表明:采用铝合金垫片时,该连接组合结构的非线性特性主要表现为其轴向载荷-位移曲线在拉压状态改变时出现明显拐点;而该结构采用石墨垫片时,位移曲线在拉压阶段分别表现出非线性.相比于垫片厚度,螺栓预紧力、法兰厚度以及螺栓位置对轴向拉压刚度的影响更显著,且影响规律与所受载荷方向、垫片材料属性有关.     

新型双向硬密封旋球阀密封性能的有限元分析

为了提高新型双向硬密封旋球阀的密封性能,基于ANSYS软件平台,采用对称罚函数的数值计算方法和新型双向硬密封旋球阀密封性能评价模型对新型双向硬密封旋球阀密封性能进行有限元分析。研究结果表明:新型双向硬密封旋球阀密封环面上沿轴向和径向密封比压呈抛物线型分布,其最小极值点比压分别为5.496 MPa和4.617 MPa;在密封环面的周向面上,密封面中心部分的密封比压最小,且密封比压分布曲线变化很小,其最小密封比压为5.252 MPa,新型双向硬密封旋球阀最小密封比压均大于最小密封临界比压1.920 MPa,表明新型双向硬密封旋球阀具备良好的密封性能,具有零泄漏的优点。     

飞机燃油导管柔性接头泄漏量计算分析

为了研究密封圈缺损导致的飞机燃油导管柔性接头泄漏情况,建立工程设计可用的泄漏量计算方法,通过分析和推导的方法发展了飞机燃油导管柔性接头泄漏量计算模型,并在此基础上进行了计算分析。结果表明:所发展的柔性接头泄漏量计算方法适用于工程设计;在柔性接头缺失一个密封圈或密封圈均匀磨损的情况下,只有当缝隙段的间隙极小或密封圈磨损程度较小时,泄漏量才会随缝隙段间隙的增大有较大变化,当间隙大于一定值或密封圈磨损超过一定程度后,泄漏量几乎不再变化;柔性接头内外压差越大时,泄漏量越大;柔性接头缝隙泄漏量是各缝隙段流阻共同作用的结果,间隙值最小的缝隙段对泄漏量的影响能力最强。     

基于多孔介质模型的刷式密封泄漏流动特性研究

采用数值求解基于多孔介质模型的Reynolds-averaged Navier-Stokes方程技术，对刷式密封内泄漏流动特性进行了详细的数值研究．根据刷式密封的泄漏量试验数据，确定了刷丝束多孔介质的渗透率系数．利用所确定的渗透率系数，数值计算和分析了7种压比和5种径向间隙条件下的某轴端刷式密封的泄漏量和泄漏流动形态，并且与迷宫式密封进行了比较．结果表明：在相同的压比下，刷式密封的泄漏量小于迷宫式密封；压比影响刷式密封的泄漏量，但对泄漏流动形态的影响可以忽略；径向间隙不仅影响刷式密封的泄漏量，而且影响泄漏流动形态；在相同的径向间隙下，压比越大则泄漏量越大；在相同的压比条件下，径向间隙越小则泄漏量越小．研究工作可对刷式密封在汽轮机中的应用提供理论依据和技术参考．     

PEC柱-型钢梁半刚性框架抗震性能试验研究

为了研究PEC柱(partially encased concrete column)-型钢梁半刚性框架的受力特点、滞回性能、延性及破坏模式,对PEC柱-型钢梁顶底角钢连接的半刚性框架进行了低周反复荷载试验。试验共设计了三个框架,参数为轴压比和螺栓边距。通过试验数据得到了此类框架的滞回曲线、刚度退化、延性系数等抗震性能指标,分析了顶底角钢节点的初始转动刚度。试验结果表明:增大轴压比可以提高半刚性框架的极限承载力,承载力提高了8.9%;但延性有所降低,平均位移延性系数减小了37.9%;减小螺栓边距可以提高节点初始刚度,减缓刚度退化,增加框架延性;PEC柱-型钢梁顶底角钢连接的半刚性框架滞回曲线饱满,具有良好的抗震性能。     

加载制度对螺栓球节点组合试件低周疲劳性能的影响

为了研究加载制度不同对螺栓球节点组合试件低周疲劳性能的影响,采用4种加载制度对8个相同试件进行轴向往复加载低周疲劳试验,研究了螺栓球节点在不同加载制度下的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、累积耗能以及承载力退化规律。结果表明：在不同加载制度下,螺栓球节点组合试件的破坏形态基本相同,破坏发生在中间螺栓球节点处,经历了弯曲失稳、高强螺栓产生裂纹、裂纹扩展直到最终发生断裂等过程,破坏螺栓有颈缩现象,所有螺栓的螺纹丝扣均有较严重变形与磨损,超低周疲劳寿命很短;加载制度对试件超低周疲劳性能影响显著;试件的滞回曲线为捏拢类型、不饱满、不对称、耗能能力较小;不同加载制度的试件骨架曲线,无论受拉还是受压均基本重合,因损伤积累过程不同断裂点会有所不同;螺栓球节点的抗弯刚度很弱,在所连接的杆件弯曲时会诱发螺栓的折断,引起结构的连续破坏。     

混合工质泄漏对有机朗肯循环发电系统性能的影响

基于有机朗肯循环系统中各部件、管道等密封导致的实际系统运行过程中不可避免地存在着循环工质的泄漏问题,结合余亥姆霍兹自由能状态方程、混合法则和等温泄漏模型,研究了非共沸混合工质R245fa/R601a（初始质量配比为0.6/0.4）在ORC发电系统蒸发器中泄漏率为0~50%时对混合工质配比以及循环性能的影响.结果表明:非共沸混合工质泄漏会造成混合工质配比及工质热物性的变化,系统循环性能也会改变,且蒸发出口段发生液相泄漏时对循环性能影响最大.随着泄漏率的增大,比净输出功减少率可达12.23%.      

方钢管柱-H型钢梁全螺栓连接节点抗震性能分析

为针对钢框架梁柱节点在焊接时易发生脆性破坏的问题,在原有的方钢管柱-H型钢梁节点(T-3)下,构建一种通过槽钢连接件采用全螺栓连接方钢管柱-H型钢梁的基准模型(BASE试件)。运用ABAQUS模拟分析,变动轴压比、方钢管柱壁厚、螺栓预紧力,对其抗震性能展开分析。结果表明:BASE模型节点最终以环板螺栓孔撕裂破坏而结束工作,避免了栓焊易出现的脆性破坏;方钢管柱壁厚的增加使节点域强度增强,从而提高节点的延性,耗能能力也随之增强;节点延性随轴压比的增大先增大后减小,变化范围在4.618～2.567;螺栓预紧力从77.5 kN增加到186 kN,刚度提升幅值约61.4%,节点的承载能力也有很大的提升。     

钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓连接节点静力性能试验研究

通过对8个钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓连接节点进行轴拉及弯剪加载试验,考察了约束拉杆构造措施对节点核心区整体性的影响规律,同时对单边螺栓的工作性能进行了分析研究.试验结果表明:单边螺栓具有良好的力学性能,工作性能安全可靠;方钢管混凝土柱设置约束拉杆能有效限制管壁变形,显著提高节点核心区整体性,减少破坏区域;圆钢管因为管壁稳定性较好,设置约束拉杆对改善节点力学性能效果不明显;穿芯螺栓节点核心区整体性最好;在弯剪加载条件下,单边螺栓节点表现出良好的转动能力.试验结果可供同类研究参考与比较.     

低温调节阀阀座软密封特性研究(Ⅱ):低温密封性能及综合对比分析

采用聚合物PTFE、PCTFE和PEEK作为低温调节阀阀座的软密封材料,在液氮温区(77 K),研究阀座漏率与密封比压和工作压力的关系,分析了采用不同软密封材料时阀座密封性能对压力和温度的稳定性. 在此基础上,综合对比分析了采用不同软密封材料的低温阀在常/低温、低/中压工况下的密封性能以及应用特点. 在常温低压工况下,采用PTFE和PCTFE软密封材料的低温调节阀具有优异的阀座密封性能,但是在中高压时,采用PCTFE软密封材料的低温阀阀座密封性能更加稳定. 相对而言,在低温工况下,采用PEEK软密封材料的低温阀阀座具有相对较高的密封性能和稳定性.