[发明专利]一种基于有限元分析的架空管道螺栓预紧力设计方法

说明书

本发明公开了一种基于有限元分析的架空管道螺栓预紧力设计方法。本发明根据管道和螺栓法兰的材料属性、尺寸大小建立有限元模型。无外载荷情况下，管道连接的垫片受均匀螺栓预紧力时的受力分布作为目标值，在实际安装时，垫片的应力分布不均匀，通过反复仿真拟合，构建螺栓预紧力迭代调节模型，根据模型方法，达到预期的垫片受力分布，最终得到有效的螺栓预紧力。本发明在有限元的基础上，考虑安装管道时自重对法兰连接的影响，构建了一个螺栓预紧力迭代调节模型，最终设计出安装是不同螺栓所需的有效螺栓预紧力。相比传统的使用均匀螺栓预紧力安装，得到的不均匀螺栓预紧力安装管道更为有效。

技术领域

本发明属于化工管道安全领域，涉及一种基于有限元分析的架空管道螺栓预紧力设计方法。

背景技术

架空管道具有不受地下水的侵蚀，使用寿命长，维护管理方便等优点，被广泛用于化工企业的安全生产中。而在管道与管道的连接时，多采用具有密封性能好、拆卸方便、强度高的螺栓法兰结构。

而螺栓法兰连接是一种管道连接形式，其是管道最脆弱的环节，目前在连接管道时，常采用保守的均匀螺栓预紧力来连接法兰。然而，在安装后由于管道和运输物料自重的影响，导致法兰连接受力不均，降低了螺栓法兰连接的可靠性。

目前暂时还没有一套完整的管法兰螺栓预紧力计算及螺栓安装方法，目前的设计方法基于Waters法，这种计算规则是以m(垫片系数)、y(最小预紧比压)两个垫片性能参数为基础，而m、y又只和垫片的材料或者类型有关。使用该方法，也只能得到具体的一个螺栓预紧力数值,即安装时每个螺栓施加的预紧力相同。所以，寻找一种不均匀的有效的螺栓预紧力安装方法至关重要。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于有限元分析的架空管道螺栓预紧力设计方法。

本发明在有限元的基础上，考虑安装管道时自重对法兰连接的影响，构建了一个螺栓预紧力迭代调节模型，最终设计出安装时每个螺栓所需的有效螺栓预紧力，实现对管道安装方法的改良。

本发明的技术方案是通过充分考虑考虑架空管道安装自重对法兰连接的影响，提出一种有效的螺栓安装设计方法。根据管道和螺栓法兰的材料属性、尺寸大小建立有限元模型。无外载荷情况下，管道连接的垫片受均匀螺栓预紧力时的受力分布作为目标值，在实际安装时，垫片的应力分布不均匀，通过反复仿真拟合，构建螺栓预紧力迭代调节模型，根据模型方法，达到预期的垫片受力分布，最终得到有效的螺栓预紧力。

本发明的有益效果：本发明结合管道有限元模型的基础上，考虑安装管道自重的影响，构建了螺栓预紧力迭代调节模型，最终设计了一种基于有限元分析的架空管道螺栓预紧力设计方法；本发明设计出的不均匀螺栓预紧力安装管道相比传统的使用均匀螺栓预紧力安装更具有效性、合理性。

附图说明

图1为法兰几何结构图；

图2为架空管道三维图；

图3为简支管道部分模型图；

图4为螺栓法兰连接图；

图5a、图5b和图5c为简支管道部分模型图；

图6为螺栓预紧力迭代的分析图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

本发明的整体思路如下：