[发明专利]一种法兰连接螺栓极限强度的校核方法

说明书

本发明公开了一种法兰连接螺栓极限强度的校核方法，通过对法兰及连接螺栓的三维装配图进行网格划分等操作，建立有限元模型，对螺栓施加预紧力，下法兰侧的塔筒假体设置固定边界约束条件，在上法兰侧的塔筒假体上设置MPC约束，在法兰结合面中心分别施加Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz的单位载荷，进行分别求解计算，所施加的单位载荷的单位与法兰中心的极限载荷的单位一致，根据每个螺栓在各个单位载荷下的应力合成螺栓所受应力与六个载荷分量间的关系表达式，将各个极限工况下的极限载荷代入螺栓所受应力与六个载荷分量的关系式，即可得到各个极限工况下的螺栓应力结果。本发明可以得到各个极限工况下各螺栓的应力结果，计算高效可靠。

技术领域

本发明涉及一种法兰连接螺栓极限强度的校核方法，广泛应用于法兰螺栓连接结构，本发明属于有限元强度计算技术领域。

背景技术

目前工业建筑领域广泛应用法兰螺栓连接结构。法兰连接螺栓的安全与否直接关系到整个结构的安全。法兰连接螺栓的极限强度校核工程上普遍采用基于Petersen方法，由于Petersen方法的理论模型中没有考虑预紧力对螺栓变形的影响、没有考虑弯矩对螺栓的影响、只适用于L型和T型法兰连接，Petersen方法对螺栓的计算采用较大的安全系数来弥补理论缺陷。此外还有采用有限元方法，通过对各个工况进行求解，求解时间长，工程师重复工作比较多。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出了一种法兰连接螺栓极限强度的校核方法。该方法适用于任意的法兰螺栓连接结构，计算更精确。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种法兰连接螺栓极限强度的校核方法，步骤如下：

步骤1：利用有限元前处理工具，通过法兰和螺栓的三维装配图构建有限元模型，有限元模型中，塔筒假体6的上部分安装有上法兰4，下部分安装有下法兰5；螺柱2穿过上法兰4和下法兰5，并通过螺母1锁紧；上法兰4、下法兰5与塔筒假体6的连接部位安装有高强垫圈3。其中与法兰连接的塔筒假体且长度不小于法兰外径的两倍，上下法兰间设置为摩擦接触关系，高强垫圈与上法兰之间和高强垫圈与下法兰之间均设置为摩擦接触关系，高强垫圈与螺栓螺母之间和高强垫圈与螺栓螺帽之间采用绑定接触方式进行连接，对螺栓施加预紧力，下法兰一侧的钢筒假体设置固定边界约束条件，上法兰一侧的钢筒假体设置MPC约束在法兰面中心分别施加Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz的单位载荷并分别进行求解计算，所施加的单位载荷的单位与法兰中心极限载荷的单位一致。

步骤2：根据每个螺栓在各个单位载荷下的应力，合成螺栓所受应力与钢筒中心六个载荷分量间的关系表达式，将塔筒中心极限载荷代入表达式得到螺栓所受应力。

步骤3：根据螺栓许用应力以及各螺栓在各工况下的应力值，计算螺栓的安全裕度。

本发明可以取得如下有益效果：

1、本发明除了可以对任意结构形式的法兰连接螺栓进行计算，适用范围很广。

2、本发明仅需计算单位载荷下螺栓所受应力，然后通过简单的多项式运算便可得到各工况下各螺栓的应力，计算效率高，即使极限工况有改变也能很快求出螺栓在极限工况下的应力值。

3、本发明理论原理清晰，过程简单，便于实施，计算高效。

以上所述，仅为本发明的内容，但是本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明叙述的技术范围内，可以轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

附图说明

图1是本发明中法兰的连接结构示意图。

图2是本方法实施的流程图。

图中：1、螺母，2、螺柱，3、高强垫圈，4、上法兰，5、下法兰，6、塔筒假体。

具体实施方式